DE3632134A1 - Elektronische migraene-modulationseinrichtung und entsprechendes verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schmerzunter­ drückungseinrichtung bzw. ein solches Verfahren, insbe­ sondere eine Migräne-Modulationseinrichtung und ein Ver­ fahren zur Verringerung bzw. Steuerung von Migräne. Die vorliegende Anmeldung ist eine CIP-Anmeldung der US-Patent­ anmeldung Serial-Nr. 5 69 476 vom 9. Jan. 1984.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Migräne- Modulationseinrichtung bzw. eines solchen Verfahrens zur Behandlung von Migräne. Dabei soll Migräne sicher, wirksam und schnell elektronisch behandelt werden, um die Kopf­ schmerzen zu verringern oder zu steuern und die mit der Krankheit verbundenen Schmerzen zu mildern. Ferner soll eine elektronische transkutane nervenreizende Einrichtung angegeben werden, die mit sehr niedrigen mA-Strompegeln arbeitet, empfundene Schmerzen vermindert und Migräne be­ handelt.

Die vorstehende Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine spezielle beispielhafte Migräne-Modulationsein­ richtung bzw. ein entsprechendes Verfahren unter Anwendung einer transkutanen elektronischen Welle zur Verminderung bzw. Steuerung von Migräne. Dabei werden eine erste posi­ tive Kontaktelektrode auf die Schmerzstelle und eine zweite positive Kontaktelektrode auf die Handfläche der gegen­ überliegenden Hand aufgebracht; eine erste negative Kon­ taktelektrode wird auf den gegenüberliegenden Kappenmuskel­ ansatz und eine zweite negative Kontaktelektrode auf die Handfläche der gleichseitigen Hand aufgebracht. Eine elek­ tronische Stromwelle von relativ hochfrequenten Impulsen mit niederfrequenter Modulation wird dann von den positiven zu den negativen Elektroden geleitet.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm der elektronischen Migräne-Modulationseinrichtung gemäß der Er­ findung; und

Fig. 2A bis 2D Impulsverläufe, die die Funktionsweise der Einrichtung nach Fig. 1 veranschaulichen.

Es heißt, daß Migräne ein Gefäßkopfschmerz ist. Eine Dila­ tation eines Blutgefäßes auf einer Kopfseite resultiert in Schmerzen, die durch Stress, biochemische Änderungen im Körper oder eine allergische Reaktion auf Speisen oder Getränke ausgelöst werden können.

Es wurde gefunden, daß die vorliegende Einrichtung die Symptome von Migräne bzw. halbseitigen Kopfschmerzen mit einem einen relativ niedrigen Pegel aufweisenden Strom und ohne chemische Eingriffe lindert.

Die Einrichtung nach Fig. 1 wird dazu eingesetzt, die Symptome zu behandeln, die mit dem Krankheitszustand eines an Migräne leidenden Patienten einhergehen. Eine erste positive Kontaktelektrode 60 (Fig. 1) wird auf die Schmerz­ stelle und eine zweite positive Kontaktelektrode 62 (Fig. 1) auf die Innenseite der gegenüberliegenden Hand aufge­ bracht. Eine erste negative Kontaktelektrode 74 (Fig. 1) wird auf den gegenüberliegenden Kappenmuskelansatz und eine zweite negative Kontaktelektrode 72 (Fig. 1) wird auf die Innenseite der gleichseitigen Hand aufgebracht. Die Behand­ lungsdauer sollte zwischen 15 und 20 min liegen.

Eine elektronische Welle (Fig. 2D) wird von den positiven Elektroden 60 und 62 zu den Elektroden 72 und 74 geleitet, die zusammengeschaltet sind. Der Impulsverlauf von Fig. 2D umfaßt einen Impulszug mit niedrigem Pegel (weniger als 4 mA) und relativ hoher Frequenz, z. B. zwischen 12 und 20 kHz, der durch eine relativ niederfrequente Welle im Bereich von 8-20 Hz amplitudenmoduliert ist. Die nieder­ frequente Welle ist bevorzugt unsymmetrisch (entsprechend Fig. 2D) und z B. durch ein Tastverhältnis 3:1 charakteri­ siert, wobei sie während 3/4 der Zeit vorhanden ist und während 1/4 der Folgeperiode aussetzt. Ausschließlich zur Konkretisierung sei beispielsweise angenommen, daß der Hochfrequenzimpuls mit einer Impulsrate von 15 kHz und einem Pegel von 1-1,5 mA auftritt, während er einer 15-Hz- Modulation bei einem Tastverhältnis 3:1 unterliegt.

Es wurde gefunden, daß der Impulszug von Fig. 2D in wirk­ samer Weise den empfundenen Schmerz blockiert und die Migräne lindert. Es wird angenommen, daß der spezielle Mechanismus, der die Beseitigung der mit Migräne einher­ gehenden Schmerzen bewirkt, aus der Erhöhung serotonergi­ scher Niveaus an der Knochenmarkstelle hervorgeht, die β-Endorphin aufgrund der in den Körper eingeführten nieder­ frequenten Modulations-Hüllkurve steigern können; der hoch­ frequente Wellenanteil dient als transkutaner Träger für die niederfrequente Modulation, wodurch das Vorhandensein der das körpereigene Opiat steuernden biochemischen Sub­ stanz am periaquaeduktalen Gehirnteil verstärkt wird. Sero­ tonin ist als die biochemische Substanz in den absteigenden Gehirnbahnen anerkannt, deren Signale mit den blockierenden oder ausgleichenden Charakteristiken des Schmerzsignals zu tun haben. Schmerz ist daher ein Resultat eines Ungleich­ gewichts der biochemischen Substanzen im Körper und eines Erregungsfaktors, der mit der Substanz "P" in aufsteigenden Gehirnbahnen zusammenhängt und nicht durch ein Ausgleichs­ signal von den absteigenden Gehirnbahnen, die Serotonin als neurale Mittlersubstanz verwenden, bekämpft oder unter­ drückt wird. Somit kann das Serotonin die Übertragung eines schmerzhaften Signals verhindern. Daraus wird geschlossen, daß durch eine Erhöhung des Serotonin-Pegels, die bei Anwendung der Migräne-Modulationseinrichtung erfolgt, der mit Migräne einhergehende Schmerz in vier von fünf Fällen verringert werden kann.

Sensibilisierung ist ein neuraler Vorgang, bei dem der Kör­ per nach dem Beginn der Stimulation eine geringere Reizung zur Wahrnehmung einer bestimmten Empfindung benötigt. Die neurale Mittlersubstanz Serotonin nimmt auch an dem neura­ len Vorgang der Sensibilisierung teil. Durch Verstärkung der Übermittlung eines Signals über die Synapse mittels einer Erhöhung des Serotoninpegels (der Grundlage der Sen­ sibilisierung) kann dieses Signal eine Schmerzsteuerung bewirken. Wenn also bei Anwendung der Migräne-Modulations­ einrichtung zur speziellen Schmerzsteuerung eine Sensibili­ sierung eintritt, kann eine Schmerzsteuerung erwartet wer­ den. Wenn diese nicht eintritt, kann zu einem späteren Zeitpunkt die gleiche Einrichtung auch durch den Schädel zur Wirkung gebracht werden, wobei die Kontakte (rot auf der rechten und schwarz auf der linken Seite) 2,54 cm über den Ohren liegen, und zwar im wesentlichen auf einer Linie mit dem Hypothalamus, wo Serotonin verwendet wird. Dadurch ergibt sich eine zentrale Stimulation zur Verstärkung einer bestimmten punktförmigen Anwendung. Siehe R. Messing: Behavioral Effects of Serotonin Neurotoxins: An Overview, Annals of the New York Academy of Science 1978, S. 480-496; darin wird der Gedanke unterstützt, daß der neurale Vorgang der Sensibilisierung stattfindet, wenn Serotonin-Pegel erhöht werden.

Die Migräne-Modulationseinrichtung kann in verschiedener Weise arbeiten, um das Serotonin oder eine andere neurale Mittlersubstanz zu verstärken.

• 1) Die Einrichtung kann die Anzahl Serotoninmoleküle er­ höhen. Dies ist dadurch erwiesen, daß bei Menschen, die mit der Migräne-Modulationseinrichtung keinen Erfolg haben, durch die Zugabe von "L"-Tryptophan zu den Mahlzeiten die Wirksamkeit der Einrichtung gesteigert wird. Diese Amino­ säure, die der Vorläufer des Serotonins ist, liefert die Bausteine, die die Anzahl der Serotoninmoleküle bei Anwen­ dung der Migräne-Modulationseinrichtung erhöhen können.
• 2) Die Einrichtung kann die Anzahl von Serotonin-Rezep­ torenstellen erhöhen.
• 3) Die Einrichtung kann die Durchlässigkeit des Nerven­ gewebes dahingehend ändern, daß der Durchtritt der Calcium­ ionen über die Synapse verstärkt wird, wodurch die Infor­ mationsübermittlung über diese spezielle Synapse verbessert wird. Siehe Wai Yio Cheung: Calmodulin, Scientific American, Juni 1982, S.62-70.

Der genaue Wirkungsmechanismus mag zwar diskussionsfähig sein, für die Tatsache der Migräneschmerz-Erleichterung trifft dies jedoch nicht zu.

Nachstehend wird die elektronische Einrichtung 10 zur Erzeugung und zum Anlegen der Wellenform von Fig. 2D er­ läutert. Eine Batterie 12 ist an einen pnp-Längstransistor 18 angeschlossen, der seinerseits die Spannung von der Batterie 12 selektiv durch einen Spannungsregler 20 leitet zur Bildung der positiven Speisegleichspannung für die elektronische Einrichtung 10. Die Einrichtung wird erstmals durch kurzes Schließen eines Netzschalters 17 eingeschal­ tet. Dadurch wird an die Basis des pnp-Transistors 18 eine Niederspannung angelegt, wodurch der Transistor eingeschal­ tet wird und das Potential der Batterie 12 effektiv mit einem Längstransistor 21 im Spannungsregler 20 koppelt. Da das End-Ausgangssignal einer Zähler- oder Teilerkette 27 beim Schließen des Netzschalters ursprünglich niedrig ist, wird durch das resultierende hohe Ausgangssignal eines Nichtglieds 35 an die Basis eines Transistors 19 ein hohes Potential gelegt, wodurch dieser eingeschaltet und dadurch der pnp-Transistor 18 in seinem leitenden Zustand gehalten wird, wenn der Schalter 17 geöffnet wird. Dadurch wird die elektronische Einrichtung während einer gewünschten Dauer in Betrieb gehalten, die durch die Frequenz eines Oszilla­ tors 25 und den Teilungsfaktor des Teilers 27 bestimmt ist, also durch die Periode, die erforderlich ist, bis die höchstwertige Stufe des Zählers 27 ihren hohen oder binären "1"-Zustand erreicht. Die gewählte Versorgungsspannung stellt sicher, daß die elektronische Einrichtung nicht ungewollt eingeschaltet bleibt, wodurch die Batterie 12 übermäßig entladen werden würde.

Die durch den pnp-Transistor 18 geleitete geregelte Aus­ gangsspannung der Batterie 12 wird vom Spannungsregler 20 in einen niedrigeren Stellwert umgesetzt. Der Spannungs­ regler 20 ist an sich bekannt und umfaßt den pnp-Längs­ transistor 21, an dessen Basis von einer durch einen Wider­ stand 22 aktivierten Z-Diode 24 eine Konstantspannung ange­ legt wird. Die konstante Ausgangsspannung des Reglers 20, die als Speisespannung für einen großen Teil der übrigen Elektronik von Fig. 1 dient, ist die charakteristische um­ gekehrte Erregungsspannung der Z-Diode 24 minus ca. 7/10 V für den Basis-Emitter-Spannungsabfall des Transistors 21.

Wie vorstehend erwähnt, ist das aktive Netzspannungsinter­ vall für die Schaltung 10 festgelegt und auf eine bestimmte Periode voreingestellt. Die vorstehend erläuterte Zeitüber­ wachungsschaltung dient dazu sicherzustellen, daß die Ein­ richtung nicht ungewollt in Betrieb bleibt. Für den Fach­ mann sind zu diesem Zweck viele Möglichkeiten ohne weiteres ersichtlich. Z. B. kann eine veränderliche Zeitüberwachung erhalten werden, indem ein Schalter verwendet wird, der den Eingang des Nichtglieds 35 an unterschiedliche Ausgänge der höherwertigen Stufen der Impulszählerkette 27 koppelt. Ferner können getrennte elektronische oder elektromechani­ sche Zeitgeber, die unveränderlich oder variabel sein kön­ nen und sämtlich an sich bekannt sind, verwendet werden, um an die Basis des Transistors 19 während der erwünschten Einschaltperiode ein positives Potential anzulegen und die Basisansteuerung des Transistors 19 abzuschalten, wodurch der Längstransistor 18 gesperrt wird, wenn die erwünschte Betriebsperiode abgelaufen ist.

Ein Zeitbasisoszillator 25 führt der Impulszähler- bzw. Teilerkette 27 ein Eingangssignal zu. Die Frequenz des Oszillators 25 ist der Einfachheit halber als ganzzahliges Vielfaches der Impulsfrequenz (Fig. 2D), die dem Patienten zugeführt werden soll, gewählt. Bei der angenommenen er­ wünschten 15-kHz-Frequenz kann für den Oszillator 25 eine 30-kHz-Impulsfolgefrequenz angewandt werden, so daß das 15-kHz-Signal an einem Halbierabgriff 28 der Teilerkette 27 abnehmbar ist. Das 15-kHz-Signal wird dem einen Eingang eines NAND-Glieds 34 zugeführt, dessen Ausgangssignal der schließlich erwünschten Wellenform von Fig. 2D entspricht. Ausgangssignale 29 und 30 der Teilerkette 27 werden einem NAND-Glied 33 als Eingänge zugeführt, dessen Ausgangssignal als zweiter Eingang dem NAND-Glied 34 zugeführt wird. Das Ausgangssignal 29 der Teilerkette 27 liefert die 30-Hz- Wellenform von Fig. 2B (Impulsteilungsfaktor 1000 am Ab­ griff 29), während die 15-Hz-Wellenform von Fig. 2A an einen Teilerausgang 30 (Teilungsfaktor 2000) angelegt wird. Ein Logikglied 33 erzeugt die Ausgangswellenform von Fig. 2C, die ihren hohen oder logischen "1"-Wert hat, wenn eine der Wellenformen der Fig. 2A oder 2B niedrig ist (also vor dem Zeitpunkt a, während des Intervalls b-e und nach dem Zeitpunkt f). Dementsprechend ist während der Perioden a-b und e-f, in denen die Ausgangssignale an den Abgriffen 29 und 30 der Teilerkette 27 beide hoch sind, das Ausgangs­ signal des Logikglieds 33 niedrig (logischer "0"-Wert).

Die Wellenform von Fig. 2C wird als ein Eingangssignal dem NAND-Glied 34 zusammen mit dem 15-kHz-Impulszug am Halbier­ ausgang 28 der Teilerkette 27 zugeführt. Infolgedessen wird der Ausgang des NAND-Glieds 34 zwischen seinem Hoch- und seinem Niedrig-Zustand während der Perioden, in denen die Wellenform von Fig. 2C hoch ist, also vor dem Zeitpunkt a, während des Intervalls b-e, nach dem Zeitpunkt f etc. in dem sich wiederholenden Verlauf entsprechend den Fig. 2A-2D umgeschaltet.

Das Spannungssignal von Fig. 2D wird mittels der folgenden Schaltung von Fig. 1 in einen Strom im mA-Bereich umgeformt und dem Patienten zugeführt. Erstens schickt ein torge­ steuerter Konstantstromerzeuger 36 einen torgesteuerten Strom (entweder im Nullzustand oder mit unveränderlichem Wert) durch ein Potentiometer 38 unter Steuerung durch das Ausgangssignal des NAND-Glieds 34. Wenn das Ausgangssignal des NAND-Glieds niedrig ist, ist ein Transistor 37 im Kon­ stantstromerzeuger 36 eingeschaltet, und es fließt ein Strom, der im wesentlichen bestimmt ist durch die positive Ausgangsspannung des Spannungsreglers 20 (der Basis des Transistors 37 zugeführt) minus einem Basis-Emitter-Span­ nungsabfall von 7/10 V des Transistors 37, dividiert durch den Wert des Widerstands 39 im Emitterkreis des Transistors 37. Die Spannung am veränderlichen Abgriff des Potentio­ meters 38 wird der Basis eines pnp-Transistors 43 eines Konstantstromimpulsgebers 40 zugeführt. Der Ausgang des Impulsgebers 40 ist ein Strom, der zwischen seinem Null­ stromzustand und einem durch die Spannung am Abgriff des Potentiometers 38 bestimmten Wert, minus einem Diodenabfall für den Emitter-Basiskreis des Transistors 43, dividiert durch den Wert eines in den Emitterkreis des pnp-Transi­ stors 43 eingeschalteten Widerstands 42, umschaltet. Dieser gepulste Ausgangsstrom des Impulsgebers 40 entspricht der Wellenform von Fig. 2D und hat einen durch die Einstellung des Potentiometers 38 bestimmten Pegel im unteren mA-Be­ reich. Dieser Stromimpuls wird schließlich dem Patienten zugeführt, um das erwünschte Nachlassen der Symptome zu erreichen.

In einem typischen Anwendungsfall erhält der Patient das Potentiometer 38. Das Potentiometer wird zuerst aufgedreht, so daß die angelegten Stromimpulse auf der Hautoberfläche des Patienten ein merkliches Prickeln verursachen. Der Patient wird dann angewiesen, die Potentiometereinstellung so weit nach unten zu verstellen, bis dieses Gefühl gerade verschwindet. Dadurch wird die Stärke der transkutanen elektronischen Reizung erhalten, um die mit der Krankheit verbundenen Symptome zu behandeln. Die Potentiometerein­ stellung kann vom Patienten je nach Erfordernis verstellt werden.

Die Stromimpulse vom Impulsgeber 40 laufen durch einen als Schutz wirkenden Begrenzungs-Reihenwiderstand 50 zu einer Ausgangsklemme 51. Von dort fließen sie über die an die Klemme 51 angeschlossene Zuleitung 55 zu der an der Schmerzstelle angebrachten Elektrode 60 und der auf der Innenseite der gegenüberliegenden Hand angebrachten Elek­ trode 62. Der Strom wird transkutan in den Patienten gelei­ tet, durchfließt ihn und kehrt über die am gegenüberlie­ genden Kappenmuskelansatz angebrachte Elektrode 74 und die auf der Innenseite der gleichseitigen Hand des Patienten angebrachte Elektrode 72 zum Erdungspunkt der Elektronik zurück. Die Elektroden 72 und 74 sind an den Systemerdungs­ punkt über eine Leitung 70 und die Klemme 52 a der Einrich­ tung angeschlossen.

Wie vorstehend erwähnt, werden mit der beschriebenen Ein­ richtung bzw. dem Verfahren die Schmerzen und andere mit Migräne einhergehende Symptome behandelt. Dabei ergeben sich signifikante Vorteile zur Linderung der Symptome.

Die historische Information, die auf einen Erfolg bei der Milderung von migränebedingten Kopfschmerzen unter Anwen­ dung der Migräne-Modulationseinrichtung hinweist, stammt aus der Arbeit von Colonial Joan Graziano am Walter Reed Army Medical Center, wo der Einsatz in 61 Fällen zu einem Erfolg von 83% führte; die Beiträge von Dr. Simon Markovitch in "Pain in the Head" sowie sein Vortrag vor der Neural Electronic Conference auf San Marco Island, Florida, weisen ebenfalls auf einen Erfolg beim Einsatz der Hoch­ frequenz-Migräne-Modulationseinrichtung zur Milderung von migränebedingten Kopfschmerzen hin.

Claims (13)

1. Elektronische Migräne-Modulationseinrichtung zum Einsatz einer transkutanen elektronischen Welle für die Verminde­ rung und Steuerung von migränebedingten Kopfschmerzen, gekennzeichnet durch
eine erste positive Kontaktelektrode (60), die an der Schmerzstelle angebracht ist, und eine zweite positive Kon­ taktelektrode (62), die an der Innenseite der gegenüber­ liegenden Hand angebracht ist;
eine erste negative Kontaktelektrode (74), die am gegen­ überliegenden Kappenmuskelansatz angebracht ist, und eine zweite negative Kontaktelektrode (72), die an der Innen­ seite der gleichseitigen Hand angebracht ist; und
Mittel zur Zuführung einer elektronischen Welle, bestehend aus einer hochfrequenten elektrischen Welle mit nieder­ frequenter Amplitudenmodulation, zu der ersten und der zweiten Elektrode (60, 62).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der hochfrequenten elektrischen Welle im Bereich von 12-20 kHz und die niederfrequente Modulation im bereich von 8-20 Hz liegt und die Welle nicht stärker als ca. 4 mA ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulation unsymmetrisch ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung der elektrischen Welle auf­ weisen: einen Oszillator (25), einen Teiler (27) mit einem mit dem Oszillator (25) gekoppelten Eingang und mehreren Ausgängen (28-30), und ein den Ausgängen (28-30) des Tei­ lers (27) nachgeschaltetes Logikglied (34).

5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Stromimpulsquelle (36, 40), die dem Logikglied (34) nachgeschaltet und mit der ersten, der zweiten und der dritten Elektrode (60, 62, 74) gekoppelt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode einen metallischen Endabschnitt mit einer Mehrzahl von radial abstehenden Vorsprüngen aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode einen metallischen Endabschnitt mit einer Mehrzahl von radial abstehenden Vorsprüngen aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulsquelle aufweist: einen ersten Transistor (37) mit Emitter und Kollektor, einen den Emitter des Tran­ sistors mit dem Logikglied (34) verbindenden ersten Wider­ stand (39) und ein Potentiometer (38) mit verstellbarem Abgriff, wobei das Potentiometer (38) mit dem Kollektor des Transistors (37) verbunden ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulsquelle einen zweiten Transistor (43) aufweist, dessen Basis mit dem verstellbaren Abgriff des Potentiometers (38) verbunden ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistor (43) einen Emitter und einen Kollektor sowie einen mit seinem Emitter gekoppelten zwei­ ten Widerstand (42) aufweist, wobei der Kollektor des zwei­ ten Transistors (43) mit der ersten, der zweiten und der dritten Elektrode (60, 62, 74) in Reihe geschaltet ist.

11. Elektronisches Migräne-Modulationsverfahren zum Einsatz einer transkutanen elektronischen Welle für die Verminde­ rung und Steuerung von migränebedingten Kopfschmerzen, gekennzeichnet durch
Anbringen einer ersten positiven Kontaktelektrode (60) an der Schmerzstelle und einer zweiten positiven Kontaktelek­ trode (62) an der Innenseite der gegenüberliegenden Hand;
Anbringen einer ersten negativen Kontaktelektrode (74) am gegenüberliegenden Kappenmuskelansatz und einer zweiten negativen Kontaktelektrode (72) an der Innenseite der gleichseitigen Hand; und
Mittel zur Zuführung einer elektronischen Stromwelle, um­ fassend eine hochfrequente elektrische Welle mit nieder­ frequenter Amplitudenmodulation, an die erste und die zwei­ te Elektrode (60, 62).

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der hochfrequenten elektrischen Welle im Bereich von 12-20 kHz und die niederfrequente Modulation im Bereich von 8-20 Hz liegt und daß die Welle nicht stärker als ca. 4 mA ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulation unsymmetrisch ist.