RU2327492C1

RU2327492C1 - Electric stimulator applied for vagus end bud

Info

Publication number: RU2327492C1
Application number: RU2006138299/14A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Афанасьев (RU); Сергей Александрович Афанасьев; Александр Александрович Кострикин (RU); Александр Александрович Кострикин; Игорь Викторович Антонченко (RU); Игорь Викторович Антонченко; Анна Викторовна Писклова (RU); Анна Викторовна Писклова; Сергей Валентинович Попов (RU); Сергей Валентинович Попов
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2008-06-27
Also published as: RU2006138299A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention can be applied for balancing of sympathetic and parasympathetic parts of vegetative nervous system upset caused by ischemic heart disease (IHD). Stimulator consists of power supply, positive and negative pulse generator, current meter, clock oscillator of frequency 3 Hz, summator, and adjustable current supply within the range 0.05-2 mA. Negative rectangular pulse generator of pulse duration 0.2 ms is connected to output of positive rectangular pulse generator of pulse duration 0.2 ms starting on falling edge by clock oscillator. Stimulator is applied for treatment of 26 IHD patients.

EFFECT: increased efficiency of vagus end bud stimulation and application of smaller amplitude of stimulating pulses.

1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области биологии и медицины и может быть применено для восстановления баланса симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, нарушаемого при ишемической болезни сердца (ИБС).The invention relates to the field of biology and medicine and can be used to restore the balance of the sympathetic and parasympathetic departments of the autonomic nervous system, which is disturbed in coronary heart disease (CHD).

Аналогом данного изобретения является устройство [Аппарат низкочастотной физиотерапии «Амплипульс-5», технический паспорт, производственное объединение «Маяк» г.Курск], которое представляет собой аппарат низкочастотной физиотерапии «Амплипульс-5», используемый для лечебного воздействия модулированными синусоидальными токами звуковой частоты. Указанное устройство состоит из двух генераторов напряжения, модулятора, трех коммутаторов, формирователя, усилителя мощности, измерителя тока, таймера с блоком питания, и может быть применено для электрической стимуляции чувствительных окончаний блуждающего нерва. Данное устройство является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату и выбрано в качестве прототипа.An analogue of this invention is a device [Amplipuls-5 low-frequency physiotherapy apparatus, technical passport, Mayak production association, Kursk], which is Amplipuls-5 low-frequency physiotherapy apparatus used for therapeutic treatment with modulated sound-frequency sinusoidal currents. The specified device consists of two voltage generators, a modulator, three switches, a shaper, a power amplifier, a current meter, a timer with a power supply, and can be used to electrically stimulate the sensitive ends of the vagus nerve. This device is the closest to the claimed technical essence and the achieved result and is selected as a prototype.

Недостатком данного устройства является невозможность осуществить эффективную стимуляцию чувствительных окончаний блуждающего нерва в виду отсутствия в данном устройстве генератора биполярных прямоугольных импульсов тока с определенной частотой.The disadvantage of this device is the inability to effectively stimulate the sensory ends of the vagus nerve due to the absence in this device of a generator of bipolar rectangular current pulses with a certain frequency.

Задачей изобретения является создание устройства для стимуляции чувствительных окончаний блуждающего нерва при восстановлении баланса симпатической и парасимпатической составляющей вегетативной иннервации сердца при ИБС.The objective of the invention is to provide a device for stimulating the sensitive ends of the vagus nerve while restoring the balance of the sympathetic and parasympathetic component of the autonomic innervation of the heart with coronary artery disease.

Поставленная задача решается следующим образом: предлагается устройство для электрической стимуляции чувствительных окончаний блуждающего нерва, содержащее источник питания, генераторы положительного и отрицательного импульса, измеритель тока, тактовый генератор частотой 3 Гц, сумматор, регулируемый источник тока в диапазоне 0,05-2 мА, при этом генератор отрицательных прямоугольных импульсов длительностью 0,2 мс, подключен к выходу генератора положительных прямоугольных импульсов длительностью 0,2 мс с возможностью запуска по их заднему фронту.The problem is solved as follows: a device for electrical stimulation of the sensory ends of the vagus nerve is proposed, containing a power source, positive and negative pulse generators, a current meter, a 3 Hz clock generator, an adder, an adjustable current source in the range of 0.05-2 mA, at this, the generator of negative rectangular pulses with a duration of 0.2 ms, is connected to the output of the generator of positive rectangular pulses with a duration of 0.2 ms with the ability to start on their back front.

Новым в предлагаемом устройстве является наличие тактового генератора частотой 3 Гц; сумматора; регулируемого источника тока в диапазоне 0,05-2 мА; подключение генератора отрицательных прямоугольных импульсов длительностью 0,2 мс к выходу генератора положительных прямоугольных импульсов длительностью 0,2 мс с возможностью запуска по их заднему фронту.New in the proposed device is the presence of a clock generator with a frequency of 3 Hz; adder; adjustable current source in the range of 0.05-2 mA; connecting a generator of negative rectangular pulses with a duration of 0.2 ms to the output of the generator of positive rectangular pulses with a duration of 0.2 ms with the ability to start on their trailing edge.

Ориентация устройства на выполнение узко-заданной процедуры электрической стимуляции чувствительных окончаний блуждающего нерва определила особенности конструкции заявляемого устройства.The orientation of the device to perform a narrowly defined procedure for electrical stimulation of the sensory ends of the vagus nerve determined the design features of the claimed device.

Ранее проведенные исследования показали, что у больных ИБС возможно восстановление баланса симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы в результате воздействия электрических импульсов на чувствительные окончания блуждающего нерва. Были установлены оптимальные характеристики импульсов и режим воздействия. Поскольку воздействия оказывались на живую ткань и не предполагали ее разрушение необходимо применение низких частот, в данном случае 3 Гц. Наибольший стимулирующий эффект был получен при быстро меняющихся контрастных воздействиях. Этому условию хорошо соответствовали короткие - длительностью 0,2 мс, биполярные электрические импульсы прямоугольной формы. Для усиления стимулирующего воздействия, амплитуда импульсов может меняться в диапазоне 0,05-2 мА. Использование больших значений тока нецелесообразно, так как прямое стимулирующее действие на нервное окончание будет ухудшаться в результате повреждающего действия электрического тока на кожный покров. В этих условиях становится не возможным проведение курсовых стимулирующих процедур на чувствительные окончания блуждающего нерва.Previous studies have shown that in patients with coronary artery disease, it is possible to restore the balance of the sympathetic and parasympathetic parts of the autonomic nervous system as a result of the action of electrical impulses on the sensitive ends of the vagus nerve. The optimal characteristics of the pulses and the exposure mode were established. Since the effects were on living tissue and did not suggest its destruction, it is necessary to use low frequencies, in this case 3 Hz. The greatest stimulating effect was obtained with rapidly changing contrasting effects. This condition was well matched by short, 0.2 ms long, rectangular bipolar electrical pulses. To enhance the stimulating effect, the amplitude of the pulses can vary in the range of 0.05-2 mA. The use of large current values is impractical, since the direct stimulating effect on the nerve ending will deteriorate as a result of the damaging effect of the electric current on the skin. Under these conditions, it becomes impossible to conduct course stimulating procedures on the sensitive endings of the vagus nerve.

Отличительные признаки проявили в заявленной совокупности новые свойства, явным образом не вытекающие из уровня техники в данной области и не очевидные для специалиста.Distinctive features manifested in the claimed combination of new properties that are not explicitly derived from the prior art in this field and are not obvious to a specialist.

Идентичной совокупности признаков в изученной научной и патентной литературе не обнаружено.An identical set of features was not found in the studied scientific and patent literature.

Предлагаемое устройство для электрической стимуляции чувствительных окончаний блуждающего нерва просто в использовании и может быть применено в практическом здравоохранении.The proposed device for electrical stimulation of the sensory endings of the vagus nerve is easy to use and can be used in medical practice.

Исходя их вышеперечисленного следует считать заявляемое изобретение соответствующим критериям патентоспособности «Новизна», «Изобретательский уровень», «Промышленная применимость».Based on the above, the claimed invention should be considered as relevant to the patentability criteria “Novelty”, “Inventive step”, “Industrial applicability”.

Изобретение будет понятно из следующего описания и прилагаемых к нему чертежа:The invention will be clear from the following description and the accompanying drawing:

На чертеже изображена блок-схема предлогаемого устройства, гдеThe drawing shows a block diagram of the proposed device, where

1 - источник питания (ИП);1 - power source (IP);

2 - тактовый генератор (ТГ);2 - clock generator (TG);

3 - генератор положительных прямоугольных импульсов (ГПИ);3 - generator of positive rectangular pulses (GUI);

4 - генератор отрицательных прямоугольных импульсов (ГОИ);4 - generator of negative rectangular pulses (GOI);

5 - сумматор;5 - adder;

6 - регулируемый источник тока (РИТ).6 - adjustable current source (RHS).

Предлагаемое устройство состоит из соединенных между собой: источника питания (ИП) 1, тактового генератора (ТГ) 2, генератора положительных прямоугольных импульсов (ГПИ) 3, генератора отрицательных прямоугольных импульсов (ГОИ) 4, подключенного к выходу генератора положительных прямоугольных импульсов (ГПИ) 3, сумматора 5, сумматор соединен с регулируемым источником тока (РИТ) 6.The proposed device consists of interconnected: a power source (PI) 1, a clock generator (TG) 2, a generator of positive rectangular pulses (GUI) 3, a generator of negative rectangular pulses (GOI) 4, connected to the output of a generator of positive rectangular pulses (GUI) 3, the adder 5, the adder is connected to an adjustable current source (RHS) 6.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Работу всех блоков предлагаемого устройства обеспечивает ИП 1, в качестве которого используют автономный источник постоянного тока напряжением 9 В, ТГ 2 вырабатывает тактирующие импульсы частотой 3 Гц, которые подаются на последовательно соединенный ГПИ 3 и ГОИ 4. Эти генераторы соответственно вырабатывают положительные и отрицательные прямоугольные импульсы длительностью 0,2 мс, при этом ГОИ 4 настроен так, чтобы запускаться по заднему фронту импульса, поступающего от ГПИ 3. Выход ГПИ (3) подсоединен и к одному из входов сумматора 5. Выход ГОИ 4 соединен с сумматором 5 через другой вход. В результате сумматор 5 получает сигналы как от ГПИ 3, так и от ГОИ 4, на их основе сумматор 5 вырабатывает единые биполярные импульсы частотой 3 Гц, их положительные и отрицательные составляющие имеют прямоугольную форму, идентичную по длительности и амплитуде. Сигнал с выхода сумматора 5 подается на вход РИТ 6 с помощью этого блока можно согласованно изменять амплитуду положительной и отрицательной составляющей единого биполярного импульса в диапазоне 0,05-2 мА. На выходе РИТ 6 получают сформированный электрический импульс, который подают на выходные клеммы предлагаемого устройства для стимуляции чувствительных окончаний блуждающего нерва. В период времени между протеканием импульсных токов блок РИТ 6 автоматически отключает напряжение на выходных клеммах.The proposed device operates as follows. The operation of all blocks of the proposed device provides IP 1, which uses an autonomous DC source with a voltage of 9 V, TG 2 generates clock pulses with a frequency of 3 Hz, which are fed to a series-connected GPI 3 and GOI 4. These generators respectively generate positive and negative rectangular pulses duration 0.2 ms, while GOI 4 is configured so that it starts on the trailing edge of the pulse coming from GUI 3. The GUI output (3) is connected to one of the inputs of the adder 5. GOI output 4 is connected to the adder 5 through another input. As a result, adder 5 receives signals from both GPI 3 and GOI 4; on their basis, adder 5 generates single bipolar pulses with a frequency of 3 Hz; their positive and negative components have a rectangular shape that is identical in duration and amplitude. The signal from the output of the adder 5 is fed to the input of the RIT 6 using this unit, you can consistently change the amplitude of the positive and negative component of a single bipolar pulse in the range of 0.05-2 mA. At the output of the RIT 6, a generated electrical pulse is obtained, which is fed to the output terminals of the proposed device to stimulate the sensitive ends of the vagus nerve. In the period between the flow of pulse currents, the RIT 6 unit automatically disconnects the voltage at the output terminals.

Клинический пример.Clinical example.

Больной Д., 62 лет, в связи с наличием стенокардии напряжения III функционального класса (ФК) на фоне антиангинальной терапии, низкой фракции выброса был госпитализирован в клиники ГУ НИИ кардиологии Томского научного центра для лечения и подбора индивидуальной терапии.Patient D., 62 years old, due to the presence of angina of exertion of functional class III (FC) with antianginal therapy and a low ejection fraction, was hospitalized at the clinic of the Research Institute of Cardiology of the Tomsk Scientific Center for the treatment and selection of individual therapy.

При ультразвуковом исследовании сердца отмечена сниженная фракция выброса левого желудочка до 45% в двумерном режиме по Simpson. Пациенту проводилось тканевое доплеровское исследование миокарда (режимы Tissue Velocity Imaging и Strain).Ultrasound examination of the heart showed a reduced left ventricular ejection fraction of up to 45% in two-dimensional mode according to Simpson. The patient underwent tissue Doppler myocardial examination (Tissue Velocity Imaging and Strain modes).

В режиме Tissue Velocity Imaging у пациента была установлена сниженная скорость движения среднего сегмента межжелудочковой перегородки, не более 2,0 см/с, а в фазу изоволюмического расслабления левого желудочка выявлено наличие постсистолической скорости, что свидетельствует с одной стороны о тяжелом поражении миокарда, а с другой - о наличии жизнеспособного участка сердечной мышцы в этом сегменте. В режиме Strain выявлено снижение продольной систолической деформации верхушечного сегмента межжелудочковой перегородки до 5,8% и наличие постсистолического утолщения миокарда.In the Tissue Velocity Imaging mode, the patient showed a reduced speed of movement of the middle segment of the interventricular septum, not more than 2.0 cm / s, and the presence of postsystolic velocity was revealed in the phase of isovolumic relaxation of the left ventricle, which indicates, on the one hand, severe myocardial damage, and with the other is about the presence of a viable area of the heart muscle in this segment. In the Strain mode, a decrease in the longitudinal systolic deformation of the apical segment of the interventricular septum to 5.8% and the presence of postsystolic myocardial thickening were revealed.

Для оценки напряжения и взаимного равновесия симпатического и парасимпатического отделов ВНС было определено соотношение показателей низкочастотной и высокочастотной составляющих (LF/HF) вариабельности синусового ритма сердца, где LF отражает активность симпатического отдела, a HF - активность парасимпатического отдела. Величина LF/HF у пациента Д. составила 1,8, что указывало на преобладающую активность симпатического отдела ВНС. Пациенту был рекомендован курс процедур для стимуляции чувствительных окончаний блуждающего нерва с целью коррекции активности симпатического и парасимпатического отделов BHC.To assess the tension and mutual equilibrium of the sympathetic and parasympathetic divisions of the ANS, the ratio of the low-frequency and high-frequency components (LF / HF) of the variability of the sinus rhythm of the heart was determined, where LF reflects the activity of the sympathetic division, and HF - the activity of the parasympathetic division. The value of LF / HF in patient D. was 1.8, which indicated the predominant activity of the sympathetic division of the ANS. A course of procedures was recommended for the patient to stimulate the sensory endings of the vagus nerve in order to correct the activity of the sympathetic and parasympathetic sections of BHC.

Процедура проводилась пациенту в горизонтальном положении под контролем ЭКГ в условиях покоя. В области проекции чувствительной ветви блуждающего нерва на поверхности ушных раковин внутрикожно устанавливались стандартные игольчатые электроды, которые подключались к выходным клеммам предлагаемого устройства. После чего включалось питание предлагаемого устройства (блок 1) и начиналось стимулирующее воздействие импульсами при минимальной силе тока 0,05 мА. Сила тока плавно увеличивалась с помощью блока 6 предлагаемого устройства до ощущения покалывания в области контакта электродов с телом пациента. У данного пациента такое состояние было достигнуто при силе тока 0,5 мА. Продолжительность первой процедуры составила 1 мин. Через 24 ч пациенту проводилась вторая процедура при этом использовалась та же сила тока, но продолжительность сеанса была уже 5 мин. В дальнейшем процедуры проводились ежедневно. Их продолжительность каждый раз увеличивалась на 5 мин, а сила тока увеличивалась на 0,1 мА. После достижений значения тока, равного 1 мА и продолжительности сеанса 30 мин последующие процедуры проводились только при этих значениях. Пациент Д. получил 10 процедур, после чего показатель LF/HF снизился до 1,65.The procedure was carried out to the patient in a horizontal position under the control of an ECG at rest. In the area of the projection of the sensitive branch of the vagus nerve on the surface of the auricles, standard needle electrodes were installed intradermally, which were connected to the output terminals of the proposed device. After that, the power of the proposed device was turned on (block 1) and the stimulating effect began with pulses at a minimum current strength of 0.05 mA. The current strength gradually increased with the help of block 6 of the proposed device until a tingling sensation occurred in the area of contact of the electrodes with the patient's body. In this patient, this condition was achieved with a current strength of 0.5 mA. The duration of the first procedure was 1 min. After 24 hours, the patient underwent a second procedure using the same current strength, but the session was already 5 minutes long. Subsequently, the procedures were carried out daily. Their duration each time increased by 5 min, and the current strength increased by 0.1 mA. After reaching a current value of 1 mA and a session duration of 30 min, subsequent procedures were carried out only at these values. Patient D. received 10 procedures, after which the LF / HF index decreased to 1.65.

Пациенту было проведено повторное тканевое допплеровское исследование миокарда. В режиме Tissue Velocity Imaging у пациента было зарегистрировано увеличение систолической скорости движения среднего сегмента межжелудочковой перегородки до 2,8 см/с и исчезновение постсистолической скорости в фазу изоволюмического расслабления. В режиме Strain было отмечено увеличение продольной систолической функции верхушечного сегмента межжелудочковой перегородки до 15% и исчезновение постсистолического утолщения. При стандартном ультразвуковом исследовании сердца отмечено повышение фракции выброса левого желудочка до 54%.The patient underwent repeated tissue Doppler myocardial examination. In the Tissue Velocity Imaging mode, the patient recorded an increase in systolic velocity of the middle segment of the interventricular septum up to 2.8 cm / s and the disappearance of postsystolic velocity in the isovolumic relaxation phase. In the Strain mode, an increase in the longitudinal systolic function of the apical segment of the interventricular septum up to 15% and the disappearance of postsystolic thickening were noted. A standard ultrasound examination of the heart showed an increase in the ejection fraction of the left ventricle to 54%.

После выписки пациент обследовался повторно через 1, 3 и 6 месяца. При этом была отмечена положительная динамика взаимного равновесия симпатического и парасимпатического отделов ВНС, величина показателя LF/HF в эти сроки составляла 1,41 1,34 и 1,40 соответственно. Показатели ультразвуковых исследований сердца так же имели положительную динамику.After discharge, the patient was examined again after 1, 3 and 6 months. At the same time, positive dynamics of the mutual equilibrium of the sympathetic and parasympathetic divisions of the ANS was noted, the value of the LF / HF indicator during these periods was 1.41 1.34 and 1.40, respectively. Indicators of ultrasound examinations of the heart also had a positive trend.

Предлагаемое устройство применено при лечении 26 пациентов больных ИБС. Его использование позволяет повысить эффективность стимуляции чувствительных окончаний блуждающего нерва, что позволяет использовать меньшую амплитуду стимулирующих импульсов, а так же уменьшить число самих процедур.The proposed device is used in the treatment of 26 patients with ischemic heart disease. Its use allows you to increase the efficiency of stimulation of the sensory endings of the vagus nerve, which allows you to use a smaller amplitude of stimulating pulses, as well as reduce the number of procedures themselves.

Claims

A device for electrical stimulation of the sensory ends of the vagus nerve, containing a power source, generators of positive and negative pulses and electrodes, characterized in that it further comprises a clock generator with a frequency of 3 Hz, an adder, an adjustable current source in the range of 0.05-2 mA, while the generator of negative rectangular pulses is connected to the output of the generator of positive rectangular pulses, while the generators are configured to generate pulses with a duration of 0.2 ms and start and from the clock generator, their outputs are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the input of an adjustable current source, to the terminals of which electrodes are connected.