RU2760470C1 - Method for electrostimulation of diaphragmatic breathing - Google Patents
Method for electrostimulation of diaphragmatic breathing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2760470C1 RU2760470C1 RU2021110482A RU2021110482A RU2760470C1 RU 2760470 C1 RU2760470 C1 RU 2760470C1 RU 2021110482 A RU2021110482 A RU 2021110482A RU 2021110482 A RU2021110482 A RU 2021110482A RU 2760470 C1 RU2760470 C1 RU 2760470C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- pulse
- frequency
- diaphragm
- patient
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
- A61F2/68—Operating or control means
- A61F2/70—Operating or control means electrical
- A61F2/72—Bioelectric control, e.g. myoelectric
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
Abstract
Description
НазначениеAppointment
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способу электромиостимуляции диафрагмального дыхания, обеспечивающего тренировку и восстановление дыхания при различных заболеваниях, а также профилактику и укрепление дыхательной системы.The invention relates to medical equipment, namely to a method of electromyostimulation of diaphragmatic breathing, providing training and restoration of breathing in various diseases, as well as prevention and strengthening of the respiratory system.
Уровень техникиState of the art
Воздействие электрического тока изменяет состояние тканей и тканевой жидкости и влияет почти на все процессы, протекающие в них. Изменяются кислотно-щелочное состояние, осмотическое состояние, окислительно-восстановительные и ферментативные процессы, усиливаются крово- и лимфообращение, стимулируются обменнотрофические процессы, ускоряется регенерация (обновление) нервной, костной и соединительной тканей.Exposure to electric current changes the state of tissues and tissue fluid and affects almost all processes occurring in them. The acid-base state, osmotic state, redox and enzymatic processes change, blood and lymph circulation is enhanced, metabolic processes are stimulated, regeneration (renewal) of nervous, bone and connective tissues is accelerated.
Все мышцы организма нуждаются в регулярных тренировках укрепления мышц, т.к. при отсутствии тренировок ухудшается кровоснабжение соседствующих органов и развиваются дисфункции и застойные явления. Особенно это относится к области организма "диафрагма - малый таз", где находятся важнейшие органы жизнедеятельности организма. В отличие от традиционной медикаментозной терапии немедикаментозная терапия позволяет обеспечить качественно новый уровень лечения, не вызывающий побочных вредных последствий от применения (зачастую неправильного) дорогостоящих медикаментов.All muscles in the body need regular muscle strengthening training, because in the absence of training, the blood supply to neighboring organs deteriorates and dysfunctions and congestion develop. This especially applies to the area of the body "diaphragm - small pelvis", where the most important organs of the body's life are located. Unlike traditional drug therapy, non-drug therapy allows providing a qualitatively new level of treatment that does not cause harmful side effects from the use of (often incorrect) expensive drugs.
Следует отметить, что в дряхлом теле далеко не все мышечные волокна сокращаются. В связи с массой причин не каждый мионейрон, связанный с мышечным волокном, проводит импульс от центральной нервной системы. Но при воздействии внешнего источника импульсного электрического поля все мионейроны, оказавшиеся в электрическом поле, буквально "дернут" свои мышечные волокна. Вся мышца начнет сокращаться, кровоток тоже изменяется, жировые и белковые отложения теснятся от подвижных мышц. Вызываемые электрическими импульсами тетанические сокращения мышц и последующие расслабления усиливают в них крово- и лимфообращение, способствуют доставке питательных веществ к мышце, обеспечивают выделение недоокисленных продуктов, способствуют накоплению в мышце ионов кальция, натрия и железа (см. Колесников ГФ. Электростимуляция нервно-мышечного аппарата. Киев: Здоровье. 1977, 244 с). При этом сокращения мышц происходит практически без выделения молочной кислоты, которая отравляет мышцы (выделяемую при обычных физических тренировках молочную кислоту надо выводить из мышц). Электромиостимуляция делает мышечные волокна сильнее, эластичнее, восприимчивее к последующим нагрузкам.It should be noted that in a decrepit body, not all muscle fibers contract. Due to a variety of reasons, not every myoneuron associated with a muscle fiber conducts an impulse from the central nervous system. But when exposed to an external source of a pulsed electric field, all myoneurons in the electric field will literally "pull" their muscle fibers. The entire muscle will begin to contract, blood flow also changes, and fat and protein deposits are crowded out of the mobile muscles. Tetanic muscle contractions caused by electrical impulses and subsequent relaxation increase blood and lymph circulation in them, promote the delivery of nutrients to the muscle, ensure the release of under-oxidized products, and contribute to the accumulation of calcium, sodium and iron ions in the muscle (see Kolesnikov GF. Electrical stimulation of the neuromuscular apparatus . Kiev: Health. 1977, 244 s). In this case, muscle contraction occurs practically without the release of lactic acid, which poisons the muscles (lactic acid released during normal physical training must be removed from the muscles). Electrical myostimulation makes muscle fibers stronger, more elastic, more susceptible to subsequent stress.
В связи с малоподвижным образом жизни большой части населения (а также у людей с физическими травмами или, например, у космонавтов при длительном пребывании в космосе и т.д.) у людей распространяются заболевания (с тенденцией их дальнейшего роста), связанные с ослаблением мускулатуры организма, задача лечения которых является не только социальной, но и экономической. Экономический эффект от применения лечения способом тренировки и восстановления функциональной мускулатуры организма складывается из уменьшения потребности больных в дорогостоящих медикаментах, сокращения сроков пребывания в стационаре и временной нетрудоспособности, частичной, а иногда и полной реабилитации больных, имеющих группу инвалидности.Due to the sedentary lifestyle of a large part of the population (as well as people with physical injuries or, for example, astronauts during a long stay in space, etc.), diseases spread in people (with a tendency for their further growth) associated with weakening of the muscles organism, the task of the treatment of which is not only social, but also economic. The economic effect of the use of treatment by the method of training and restoring the functional muscles of the body consists of a decrease in the patients' need for expensive medicines, a reduction in the length of hospital stay and temporary disability, partial and sometimes complete rehabilitation of patients with a disability group.
Так, например, как показала пандемия короновируса (COVID-19), особенно остро стоит проблема лечения дыхательной системы, в том числе, длительного процесса реабилитации при устранении последствий поражения легких.So, for example, as the coronavirus (COVID-19) pandemic has shown, the problem of treating the respiratory system is especially acute, including the long-term rehabilitation process while eliminating the consequences of lung damage.
Использование в реанимации традиционных (механических) аппаратов искусственной вентиляции легких имеют очевидный недостаток в том, что дыхательная смесь подается в основном в верхние отделы "пораженных" легких под положительным давлением (вдуванием газа в дыхательные пути), которое может отрицательно влиять на процесс лечения (при этом, из-за отсутствия вентиляции в нижних долях легких возможно развитие в них "застойных" явлений).The use of traditional (mechanical) mechanical ventilation devices in intensive care has an obvious drawback in that the respiratory mixture is supplied mainly to the upper sections of the "affected" lungs under positive pressure (gas injection into the airways), which can adversely affect the treatment process (with this, due to the lack of ventilation in the lower lobes of the lungs, the development of "stagnant" phenomena in them is possible).
Следует отметить, что при длительном подключении аппарата искусственной вентиляции легких (например, более 3-х суток) пациент "привыкает" к аппарату и при его отключении не всегда может перейти на самостоятельное дыхание.It should be noted that if the ventilator is connected for a long time (for example, more than 3 days), the patient "gets used" to the ventilator, and when it is turned off, he cannot always switch to spontaneous breathing.
Принудительное (навязанное) дыхание пациента возможно путем проведения электромиостимуляции диафрагмы, сокращение которой под воздействием электрического сигнала обеспечит "физиологический" приток воздуха в легкие (вдох), а выдох осуществляется при отсутствии электростимулирующего сигнала за счет расслабления мышц диафрагмы, принимающей исходное положение в виду ее упругости, перепада давления и давления органов, находящихся в брюшной полости.Forced (forced) breathing of the patient is possible by conducting electromyostimulation of the diaphragm, the contraction of which under the influence of an electrical signal will provide a "physiological" flow of air into the lungs (inhalation), and exhalation is carried out in the absence of an electrostimulating signal due to relaxation of the muscles of the diaphragm, which takes its initial position in view of its elasticity , differential pressure and pressure of organs located in the abdominal cavity.
Диафрагма представляет собой мышечно-сухожильную перегородку, отделяющую грудную полость от брюшной, и выполняет функцию главной дыхательной мышцы.The diaphragm is a muscle-tendon septum that separates the chest cavity from the abdominal cavity and serves as the main respiratory muscle.
В результате движений диафрагма осуществляет основной объем вентиляции нижних долей легких и 40-50% вентиляции верхних долей, обеспечиваемой в основном реберно-грудинным механизмом.As a result of the movements, the diaphragm carries out the main volume of ventilation of the lower lobes of the lungs and 40-50% of the ventilation of the upper lobes, which is provided mainly by the costal-sternum mechanism.
Поэтому важнейшим и основным назначением электромиостимуляции диафрагмального дыхания является:Therefore, the most important and basic purpose of electromyostimulation of diaphragmatic breathing is:
• тренировка и восстановление дыхания при различных заболеваниях;• training and restoration of breathing for various diseases;
• реабилитация при устранении последствий поражения легких;• rehabilitation while eliminating the consequences of lung damage;
• профилактика и укрепление дыхательной системы;• prevention and strengthening of the respiratory system;
• укрепление мышечных волокон диафрагмы, которые становятся сильнее, эластичнее, восприимчивее к нагрузкам в процессе дыхания.• strengthening of the muscle fibers of the diaphragm, which become stronger, more elastic, more susceptible to stress during breathing.
Диафрагма при вдохе уменьшает внутриплевральное давление, содействуя заполнению венозной кровью правых отделов сердца, а надавливая на печень, селезенку и брюшные органы, способствует оттоку из них венозной крови, действуя по типу насоса. Так, например, следует отметить, что в результате электростимуляции дыхания наблюдается улучшение гемодинамики печени, обусловленное усилением кровотока в системе печеночной вены, увеличение притока крови к сердцу по нижней полой вене, а также снижение общего периферического сопротивления сосудов (см. патент, РФ № 2232609).During inhalation, the diaphragm reduces intrapleural pressure, helping to fill the right heart with venous blood, and by pressing on the liver, spleen and abdominal organs, it promotes the outflow of venous blood from them, acting like a pump. For example, it should be noted that as a result of electrical stimulation of respiration, an improvement in liver hemodynamics is observed, due to increased blood flow in the hepatic vein system, an increase in blood flow to the heart through the inferior vena cava, as well as a decrease in the total peripheral vascular resistance (see patent, RF No. 2232609 ).
Воздействие диафрагмы на органы пищеварения состоит в массирующем действии на желудок и кишечник, при пониженном тонусе диафрагмы увеличивается количество воздуха в желудке и кишечнике.The effect of the diaphragm on the digestive organs consists in a massaging effect on the stomach and intestines; with a decreased tone of the diaphragm, the amount of air in the stomach and intestines increases.
Эффективная электромиостимуляции диафрагмы приводит к улучшению показателей дыхательной системы, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа, компенсации дыхательной недостаточности.Effective electromyostimulation of the diaphragm leads to an improvement in the parameters of the respiratory system, ensuring the consumption of oxygen by the body and the release of carbon dioxide, and compensation of respiratory failure.
В качестве электрического стимулирующего сигнала (см., например, а.с. SU № 1503812), обеспечивающего вдох пациента, используют пачки электрических импульсов, поэтому необходимо оптимально подобрать регулируемые параметры в пачке (длительности и амплитуды импульсов в пачке, закона изменения частоты импульсов в пачке, длительности пачки и частоты их следования) которые позволят обеспечить высокую эффективность электромиостимуляции - это:As an electrical stimulating signal (see, for example, A.S. SU No. 1503812), providing the patient's inhalation, packs of electrical pulses are used, therefore, it is necessary to optimally select the adjustable parameters in the pack (duration and amplitude of pulses in the pack, the law of change in the frequency of pulses in pack, the duration of the pack and the frequency of their repetition) that will ensure high efficiency of electromyostimulation are:
• формирование полноценного вдоха и длительную непрерывную электромиостимуляцию без усталости диафрагмы;• formation of full-fledged inspiration and long-term continuous electromyostimulation without diaphragm fatigue;
• эффективное сокращение диафрагмы под воздействием стимулирующего сигнала, соответствие стимулированных сокращений диафрагмы модуляции сигнала (отсутствие в процессе развертывания мышечного сокращения непредусмотренных резких усилий или ослаблений);• effective contraction of the diaphragm under the influence of a stimulating signal, the correspondence of the stimulated contractions of the diaphragm to the modulation of the signal (no unexpected sharp efforts or weakening during the deployment of muscle contraction);
• моделирование электромиостимуляционного процесса дыхания максимально приближенного к естественному;• modeling of the electromyostimulation breathing process as close as possible to natural;
• комфорт процесса электростимуляции (отсутствие болевых ощущений).• comfort of the electrostimulation process (no pain).
В качестве прототипа к предлагаемому способу взят способ электромиостимуляции диафрагмы, осуществляемый в "Электростимуляторе дыхания" (а.с. SU № 1766421).As a prototype for the proposed method is taken the method of electromyostimulation of the diaphragm, carried out in the "Electrostimulator of respiration" (and.with. SU No. 1766421).
В данном прототипе формирователем пачек импульсов генерируют пачки импульсов, амплитуду которых устанавливают в формирователе мощности и через электроды подают к пациенту для сокращения мускулатуры.In this prototype, the pulse train generator generates pulse trains, the amplitude of which is set in the power driver and is fed through the electrodes to the patient for muscle contraction.
Недостатком прототипа является недостаточность присутствия рациональных решений по повышению эффективности электромиостимуляции, оптимизации и удобства управления, алгоритма и последовательности работы в процессе эксплуатации, а также достижение при этом комфортности процедуры для пациента.The disadvantage of the prototype is the lack of the presence of rational solutions to improve the efficiency of electromyostimulation, optimization and ease of control, the algorithm and sequence of work during operation, as well as achieving the comfort of the procedure for the patient.
Целью предлагаемого способа электромиостимуляции диафрагмального дыхания является повышение эффективности тренировки дыхания при обеспечении комфортности процедуры для пациента.The purpose of the proposed method of electromyostimulation of diaphragmatic breathing is to increase the efficiency of breathing training while ensuring the comfort of the procedure for the patient.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Предлагаемый способ электромиостимуляции диафрагмального дыхания заключается в генерации формирователем пачек импульсов с модулированной частотой следования импульсов в пачке, усилении их в усилителе мощности и подаче через подключенные к пациенту электроды для сокращения мускулатуры.The proposed method of electromyostimulation of diaphragmatic respiration consists in generating by the shaper packs of pulses with modulated pulse repetition rate in the pack, amplifying them in a power amplifier and supplying them through electrodes connected to the patient for muscle contraction.
Сущность изобретения заключается в том, что электроды закрепляют на теле пациента в проекции диафрагмы, при этом передние два активных электрода должны находиться в проекции прикрепления диафрагмы к грудной клетке, а задние два пассивных электрода - на спине приблизительно напротив передних электродов, подсоединяют изолированные провода электродов к выключенному аппарату с предварительно установленным нулевым значением амплитуды напряжения стимулирующих импульсов, выбранными частотой дыхания и отношением вдоха к выдоху, затем включают аппарат и подают на электроды пачки импульсов, имеющие заданную длительность импульсов и линейно-ступенчатый закон нарастания частоты импульсов близкий к экспоненциальному закону физиологического вдоха, устанавливают значение амплитуды напряжения стимулирующих импульсов для эффективного сокращения диафрагмы при отсутствии болевых ощущений пациента и поддерживают регулировкой амплитуды напряжения данное эффективное сокращение в течение всего сеанса, при необходимости в процессе процедуры изменяют частоту дыхания и отношение вдоха к выдоху.The essence of the invention lies in the fact that the electrodes are fixed on the patient's body in the projection of the diaphragm, while the front two active electrodes should be in the projection of the attachment of the diaphragm to the chest, and the back two passive electrodes - on the back, approximately opposite the front electrodes, connect the isolated electrode wires to turned off the device with a preset zero value of the amplitude of the voltage of stimulating pulses, the selected frequency of breathing and the ratio of inhalation to exhalation, then turn on the device and supply to the electrodes a pack of pulses having a given pulse duration and a linear-step law of increasing the frequency of pulses close to the exponential law of physiological inspiration, set the value of the amplitude of the voltage of stimulating impulses for effective contraction of the diaphragm in the absence of pain in the patient and the requirements during the procedure change the respiratory rate and the ratio of inhalation to exhalation.
Графические иллюстрацииGraphic illustrations
Изобретение проиллюстрировано фигурами фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.The invention is illustrated in the figures of FIG. 1, fig. 2 and FIG. 3.
На приведенной графической фигуре фиг. 1 приведен пример исполнения в виде структурной схемы для реализации заявляемого способа электромиостимуляции диафрагмального дыхания, содержащей составляющие, обозначенные позициями:In the illustrated graphical figure, FIG. 1 shows an example of execution in the form of a structural diagram for the implementation of the proposed method of electromyostimulation of diaphragmatic respiration, containing the components indicated by the positions:
• аппарат ЭМС (аппарат электромиостимулятор) - 1;• EMC apparatus (electromyostimulator apparatus) - 1;
• ФВП (формирователь временных параметров) - 2;• FVP (generator of time parameters) - 2;
• ФЧМП (формирователь частотно-модулированных пачек) - 3;• FCHMP (shaper of frequency-modulated packets) - 3;
• ФДИ (формирователь длительности импульсов) - 4;• PDI (pulse duration generator) - 4;
• ФВВ (формирователь вдох/выдох) - 5;• EFV (inhalation / exhalation shaper) - 5;
• ФЧСП (формирователь частоты следования пачек импульсов) - 6;• FCHSP (pulse train repetition frequency shaper) - 6;
• ФМ (формирователь мощности импульсов) - 7;• FM (pulse power shaper) - 7;
• РН (регулятор напряжения импульсов) - 8;• RN (pulse voltage regulator) - 8;
• ФАИ (формирователь амплитуды импульсов) - 9;• FAI (pulse amplitude shaper) - 9;
• электроды - 10;• electrodes - 10;
• эластичный пояс крепления электродов - 11;• elastic belt for fastening electrodes - 11;
• пациент (вид спереди и сзади) - 12;• patient (front and back views) - 12;
• источник питания 13.• power supply 13.
На фиг. 2 приведен пример исполнения электродов 9.FIG. 2 shows an example of the execution of
На графической фиг. 3 приведен пример закона изменения частоты импульсов в пачке.In the graphical FIG. 3 shows an example of the law of variation of the frequency of pulses in a burst.
Описание примера исполненияDescription of an example of execution
Рассмотрим способ электромиостимуляции диафрагмального дыхания (см. фиг. 1).Consider the method of electromyostimulation of diaphragmatic breathing (see Fig. 1).
Предварительно эластичный пояс 11 вставляют в "ушки" четырех одинаковых электродов 10, выполненных, например, на основе силиконовой резины с металлизированной поверхностью, которая должна прикладываться к телу пациента 12 (пример исполнения электродов 10 приведен на фиг. 2). Для надежной фиксации электродов 10 на теле пациента 12 ширина пояса 11 должна приблизительно соответствовать размеру ширины "ушки" электродов 10.
В качестве эластичного пояса 11 можно использовать, например, жгут Эсмарха Компании ООО «Глобал-Медтех», г. Москва.As an
Для обеспечения надежного контакта с телом на токопроводящую поверхность электродов 10 наносят тонкий слой токопроводящей электродной пасты или накладывают марлевые салфетки, смоченные изотоническим раствором хлорида натрия (можно использовать обычную воду), а затем эластичный пояс 11 с электродами 10 закрепляют на теле пациента 12 (пациент может закрепить самостоятельно) в проекции диафрагмы (см. фиг. 1). При этом, передние два электрода 10 должны находиться в проекции прикрепления диафрагмы к грудной клетке (приблизительно в области седьмого межреберья кнаружи от срединно-ключичной линии симметрично с обеих сторон), а задние два электрода 10 должны находиться на спине приблизительно напротив передних электродов 10 (область проекции Х-XI грудных позвонков). Для удобства закрепление эластичного пояса 11 с электродами 10 можно осуществлять в сидячем или стоячем положении пациента (закрепить электроды 10 на теле пациента также можно, например, с помощью пластыря).To ensure reliable contact with the body, a thin layer of conductive electrode paste is applied to the conductive surface of the
Затем подсоединяют изолированные провода электродов 10 к выключенному аппарату ЭМС 1, при котором на его выходе отсутствует сигнал (например, выключен источник питания 13). При этом для электромиостимуляции левого и правого купола диафрагмы, два активных передних электрода 10 подключают к "фазным" разъемам, а два пассивных электрода 10, находящихся на спине, подключают к "нулевым" разъемам (при электромиостимуляции на "фазные" разъемы подают отрицательные импульсные сигналы относительно нулевого потенциала на "нулевых" разъемам). Установлено, что в момент замыкания электрической цепи наибольшее раздражающее действие возникает у отрицательного электрода (катода), а наименьшее - у положительного (анода), поэтому при электростимуляции импульсными токами в качестве активного электрода используют катод (см. сайт: https://megapredmet.su/1-65113.html).Then connect the insulated wires of the
Электромиостимуляцию диафрагмального дыхания выполняют в положении пациента лежа на спине (натощак или приблизительно более чем через 1,5 часа после еды) путем включения аппарата ЭМС 1 (путем включения источника питания 13) и последующей регулировкой электромиостимулирующего сигнала.Electromyostimulation of diaphragmatic breathing is performed in the patient's supine position (on an empty stomach or approximately more than 1.5 hours after eating) by turning on the EMC apparatus 1 (by turning on the power supply 13) and then adjusting the electromyostimulating signal.
Рассмотрим пример формирования электрического сигнала на выходе аппарата ЭМС 1 (см. фиг. 1) для проведения эффективной электромиостимуляции диафрагмального дыхания и последовательность проведения сеанса электромиостимуляции. Электрический сигнал на выходе аппарата ЭМС 1 представляет собой последовательность пачек импульсов, которые характеризуются частотой следования и длительностью импульсов в пачке, длительностью пачек импульсов и отношением длительности пачки к паузе между пачками, а также амплитудой импульсов в пачке. Частотой следования импульсов в пачке лежит в определенных пределах. При высокой частоте следования импульсов, т.е. интервале между раздражениями меньшем времени фазы расслабления, мышца (диафрагмы) не успевает расслабиться и в момент следования следующего импульса остается сокращенной, в результате этого возникает непрерывное ее укорочение - тетанус. В этих условиях мышца может сократиться в 3-4 раза сильнее. Т.е. для более "сильного" сокращения диафрагмы необходимо брать частоты как можно большими. Однако при этом невозможна длительная электростимуляция диафрагмы из-за ее усталости, которая при частотах выше 60 Гц проявляется прогрессивным уменьшением перемещения диафрагмы и в результате снижением дыхательного объема. Нижний предел снижения частоты следования импульсов в пачке ограничивается уровнем зубчатого тетануса на частоте приблизительно 8 Гц.Consider an example of the formation of an electrical signal at the output of the EMC apparatus 1 (see Fig. 1) for effective electromyostimulation of diaphragmatic respiration and the sequence of the electromyostimulation session. The electrical signal at the output of the
Управление начальной (fнач) и конечной частотой (fкон) частотой следования импульсов в пачке позволяет достигать как плавного профиля вдоха при снижении fнач до уровня зубчатого тетануса (9…15 Гц) с сохранением fкон на уровне гладкого тетануса (25…50 Гц), так и повысить длительность непрерывной электростимуляции диафрагмы до наступления ее усталости, при этом, плавность вдоха достигается при коэффициенте изменения частоты приблизительно равном 3, например:Primary Management (f nach) and the stop frequency (f con) pulse repetition frequency in a stack allows to achieve both a smooth profile inhalation at lower f beginning to level toothed tetanus (9 ... 15 Hz) retaining f con at smooth tetanus (25 ... 50 Hz), and to increase the duration of continuous electrical stimulation of the diaphragm until its fatigue occurs, while the smoothness of inspiration is achieved with a frequency change factor of approximately 3, for example:
• fнач = 9 Гц, fкон = 27 Гц;• f start = 9 Hz, f end = 27 Hz;
• fнач = 15 Гц, fкон = 45 Гц.• f start = 15 Hz, f end = 45 Hz.
Поэтому в формирователе частотно-модулированных пачек ФЧМП 3 формирователя временных параметров ФВП 2 формируют (представлен на фиг. 3) пачки импульсов с линейно-ступенчатым законом нарастания частоты импульсов (показан в виде прямой линии) близким к экспоненциальному закону физиологического вдоха человека (показан штриховой линией).Therefore, in the shaper of the frequency-modulated packs of the
Описание формирования частоты следования импульсов с нарастанием в пределах части длительности пачки представлено, например, в а.с. SU № 1429301.A description of the formation of the pulse repetition rate with an increase within a part of the burst duration is presented, for example, in A.S. SU No. 1429301.
Следует отметить, что данный закон сохраняют при изменении длительности пачки импульсов (τпач), обеспечивая, тем самым, плавность сокращения мышцы и близким к физиологическому вдоху человека.It should be noted that this law is retained when the duration of a burst of impulses (τ pach ) changes, thereby ensuring smooth muscle contraction and close to the physiological inhalation of a person.
Длительность и амплитуда импульса в пачке отражают энергетические показатели импульса и находятся в обратно пропорциональной зависимости, т.е. увеличением длительности можно снизить амплитуду и наоборот, в то же время их не следует отождествлять при оптимизации электростимулирующего сигнала.The duration and amplitude of the pulse in the burst reflect the energy parameters of the pulse and are inversely proportional, i.e. increasing the duration can reduce the amplitude and vice versa, at the same time they should not be identified when optimizing the electrostimulating signal.
Диапазон длительности импульсов, влияющих на биологический объект при электростимуляции, лежит в пределах от 0,1 до 1 мс (см. Б.М. Гехт, Е.А. Коломенская, И.А. Строков. Электромиографические характеристики нервно-мышечной передачи у человека. М.: Наука, 1974, С. 49-57), при этом, оптимальный диапазон для электростимуляции диафрагмы при накожном расположении электродов находится в пределах от 0,5 до 1 мс.The range of pulse durations affecting a biological object during electrical stimulation is in the range from 0.1 to 1 ms (see B.M. Gekht, E.A. Kolomenskaya, I.A.Strokov. Electromyographic characteristics of neuromuscular transmission in humans . M .: Nauka, 1974, S. 49-57), while the optimal range for electrical stimulation of the diaphragm with the cutaneous location of the electrodes is in the range from 0.5 to 1 ms.
На пороговую амплитуду импульсов при электромиостимуляции влияет множество факторов, например:The threshold amplitude of pulses during electromyostimulation is influenced by many factors, for example:
• конструкция электродов 9;• design of
• степень контакта электродов к телу пациента 13;• the degree of contact of the electrodes to the patient's body 13;
• высыхание токопроводящей пасты или салфеток в процессе электромиостимуляции;• drying of the conductive paste or wipes during the electromyostimulation process;
• выбор точек наложения, а также возможные смещения электродов 9 в процессе электромиостимуляции;• choice of overlay points, as well as possible displacement of
• геометрические "параметры" тела пациента 12;• geometric "parameters" of the patient's
• анатомия и физиология диафрагмы пациента.• anatomy and physiology of the patient's diaphragm.
Под воздействием электромиостимуляционного сигнала с амплитудой импульсов ниже порогового значения сокращение диафрагмы отсутствует, при достижении порогового значения начинается ее сокращение и по мере увеличения амплитуды воздействия, все большее число мышечных волокон вовлекается в сокращение, достигая затем своего предела. Допустимое максимальное превышение значения амплитуды импульсов над пороговым ограничивается обеспечением эффективного (надежного) сокращения диафрагмы при отсутствием болевых ощущений пациента. Поэтому при каждом сеансе электромиостимуляции формирователем мощности ФМ 7 необходимо обеспечивать требуемую амплитуду путем регулировки амплитуды импульсов в ФАИ 9 от начального нулевого значения до максимального.Under the influence of an electromyostimulation signal with an amplitude of impulses below the threshold value, there is no contraction of the diaphragm, when the threshold value is reached, its contraction begins, and as the amplitude of exposure increases, an increasing number of muscle fibers are involved in contraction, then reaching their limit. The permissible maximum excess of the value of the pulse amplitude over the threshold is limited by the provision of effective (reliable) contraction of the diaphragm in the absence of pain in the patient. Therefore, at each session of electromyostimulation by the
При поступлении на вход формирователь амплитуды импульсов ФАИ 9 низких напряжений импульсов (например, напряжений логической "1") с выхода формирователя временных параметров ФВП 2, на его выходе формируются значения напряжений импульсов не менее 50 В (см., например, а.с. SU № 1211840).When low pulse voltages (for example, logical "1" voltages) from the output of the FVP 2 time parameters shaper arrive at the input of the FAI
Регулятор напряжения РН 8 (см., например, сайт: https://rusenergetics.ru/praktika/regulyator-napryazheniya) преобразует данные постоянные импульсные напряжения на входе (не менее 50 В) в плавно регулируемые импульсные напряжения от 0 до 50 В на выходе (на выходных разъемах аппарата ЭМС 1).The voltage regulator RN 8 (see, for example, the website: https://rusenergetics.ru/praktika/regulyator-napryazheniya) converts these constant impulse voltages at the input (at least 50 V) into continuously adjustable impulse voltages from 0 to 50 V for output (at the output connectors of the EMC device 1).
Изменение длительности импульсов в диапазоне от 0,5 до 1 мс практически не влияет на комфортность электромиостимуляции и на плавность вдоха, поэтому использование широтно-импульсной модуляции или регулировку длительности импульсов в формирователе длительности импульсов ФДИ 4 нецелесообразно (нерационально с точки зрения увеличения числа регулировок аппарата ЭМС), а следует формировать импульсы с постоянной длительностью, например, приблизительно со средним значением 0,75 мс.Changing the pulse duration in the range from 0.5 to 1 ms practically does not affect the comfort of electromyostimulation and the smoothness of inspiration, therefore, the use of pulse-width modulation or adjustment of the pulse duration in the
Известно, что в норме дыхание представлено равномерными дыхательными циклами "вдох - выдох" в пределах от 12 до 16 дыхательных движений в минуту, акт вдоха проходит несколько быстрее, чем акт выдоха, а именно, соотношение длительности вдоха и выдоха в норме составляет 1:1,1 или 1:1,4 (см. сайт: https://www.rlsnet.ru/books_book_id_2_page_30.htm). Учитывая данную "нормальную" анатомию и физиологию диафрагмы человека, частоту электромиостимулирующих сигналов Fcc, определяемую формулой Fcc=1/Тпач (см. фиг. 3), в формирователе частоты следования пачек импульсов ФЧСП 6 формируют в пределах "расширенного" физиологического диапазона дыхания, например, дискретно регулируемую от 11 до 25 дых/мин, достигая, тем самым, широкий выбор частоты дыхания при тренировочном воздействии на диафрагму.It is known that normally breathing is represented by uniform breathing cycles "inhalation - exhalation" in the range from 12 to 16 respiratory movements per minute, the act of inhalation takes place somewhat faster than the act of exhalation, namely, the ratio of the duration of inhalation and exhalation is normally 1: 1 , 1 or 1: 1.4 (see website: https://www.rlsnet.ru/books_book_id_2_page_30.htm). Taking into account this "normal" anatomy and physiology of the human diaphragm, the frequency of electromyostimulating signals F cc , determined by the formula F cc = 1 / T pach (see Fig. 3), in the generator of the repetition rate of
Отношение длительности пачки τпач к промежутку между соседними пачками импульсов (Тпач-τпач), а именно τпач/(Тпач-τпач) есть не что иное как отношение вдоха к выдоху. Данное отношение τпач/(Тпач-Тпач) в формирователе вдох/выдох ФВВ 5 с учетом физиологии диафрагмального дыхания человека, например, дискретно устанавливают 1:1 и/или 1:2.The ratio of duration τ Pace packs to the gap between adjacent packs of pulses (T -τ Pace Pace), namely τ Pace / (T -τ Pace Pace) is nothing else than the ratio of inhalation to exhalation. This ratio τ pach / (T pach -T pach ) in the inhalation /
Рассмотрим порядок проведения сеанса электромиостимуляции диафрагмы.Consider the procedure for conducting a diaphragm electromyostimulation session.
Предварительно перед подсоединением электродов 10 к входам аппарата ЭМС 1 следует провести следующие действия:Before connecting
• плавный регулятор амплитуды напряжения импульсов (РН 8) устанавливают в крайнее (нулевое) положение;• smooth regulator of the pulse voltage amplitude (RN 8) is set to the extreme (zero) position;
• дискретно регулируемым переключателем выбирают частоту дыхания (ФЧСП 6), например, 16 дых/мин;• a discretely adjustable switch selects the respiration rate (FCHSP 6), for example, 16 breaths / min;
• дискретно регулируемым переключателем вдох/выдох (ФВВ 5) выбирают отношение вдоха к выдоху, например, 1:1,• a discretely adjustable inhalation / exhalation switch (EFV 5) selects the inhalation to exhalation ratio, for example, 1: 1,
затем процедуру в лежащем на спине пациенту 12 выполняют в следующей последовательности (пациент 12 может осуществлять самостоятельно):then the procedure in the
• включают аппарат ЭМС 1 (включают источник питания 13);• include EMC device 1 (include power supply 13);
• плавный регулятор амплитуды напряжения импульсов (РН 8) устанавливают в положение эффективного (надежного) сокращением диафрагмы при отсутствии болевых ощущений пациента 12, затем, при необходимости, данным регулятором поддерживают эффективное сокращение диафрагмы в течение всего сеанса;• a smooth regulator of the pulse voltage amplitude (PH 8) is set to the position of effective (reliable) contraction of the diaphragm in the absence of pain in
• при необходимости в процессе процедуры дискретно регулируемым переключателем (ФЧСП 6) изменяют частоту дыхания, а дискретно регулируемым переключателем вдох/выдох (ФВВ 5) - отношение вдоха к выдоху;• if necessary, during the procedure, the breathing frequency is changed with a discretely controlled switch (FCHSP 6), and the ratio of inhalation to exhalation with a discretely adjustable inhalation / exhalation switch (FVV 5);
• продолжительность процедуры составляет приблизительно 20-30 минут;• the duration of the procedure is approximately 20-30 minutes;
• по окончании процедуры выключают аппарат ЭМС 1 (выключают источник питания 13);• at the end of the procedure, turn off the EMC device 1 (turn off the power supply 13);
• отсоединяют изолированные провода электродов 10 от аппарата ЭМС 1;• disconnect the insulated wires of the
• снимают эластичный пояс 11 с электродами 10 с тела пациента.• remove the
Таким образом, в предлагаемом способе электромиостимуляции диафрагмы, путем оптимального выбора и регулировки параметров выходного сигнала аппарата, обеспечивают высокую эффективность электромиостимуляции диафрагмального дыхания, а именно:Thus, in the proposed method of electromyostimulation of the diaphragm, by optimal selection and adjustment of the parameters of the output signal of the apparatus, high efficiency of electromyostimulation of diaphragmatic respiration is ensured, namely:
• формирование полноценного вдоха и длительной непрерывной электромиостимуляции без усталости диафрагмы;• formation of full-fledged inspiration and long-term continuous electrical myostimulation without diaphragm fatigue;
• эффективное сокращения диафрагмы, соответствие стимулированных сокращений диафрагмы модуляции воздействующего сигнала (отсутствия в процессе развертывания мышечного сокращения непредусмотренных резких усилий или ослаблений);• effective contraction of the diaphragm, the correspondence of the stimulated contractions of the diaphragm to the modulation of the influencing signal (the absence of unexpected sudden efforts or weakening during the deployment of muscle contraction);
• моделирование электромиостимуляционного процесса дыхания максимально приближенного к естественному;• modeling the electromyostimulation breathing process as close as possible to natural;
• комфорт процесса электростимуляции (отсутствие болевых ощущений), при этом, достигаются:• comfort of the electrostimulation process (absence of pain), while achieving:
• тренировка и восстановление дыхания при различных заболеваниях (улучшение показателей дыхательной системы, обеспечивающей потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа, компенсации дыхательной недостаточности);• training and restoration of breathing in case of various diseases (improvement of indicators of the respiratory system, ensuring the consumption of oxygen by the body and the release of carbon dioxide, compensation of respiratory failure);
• устранение последствий поражения легких в процессе реабилитации;• elimination of the consequences of lung damage during rehabilitation;
• в реанимации принудительное (навязанное) дыхание пациента при отключении аппарата искусственной вентиляции легких;• in the intensive care unit, forced (forced) breathing of the patient when the ventilator is turned off;
• профилактика и укрепление дыхательной системы (укрепление мышечных волокон диафрагмы, которые становятся сильнее, эластичнее, восприимчивее к нагрузкам в процессе дыхания);• prevention and strengthening of the respiratory system (strengthening the muscle fibers of the diaphragm, which become stronger, more elastic, more susceptible to stress during breathing);
• увеличение притока крови к сердцу;• increased blood flow to the heart;
• улучшение гемодинамики печени;• improvement of liver hemodynamics;
• положительные массирующие действия на желудок и кишечник;• positive massaging effects on the stomach and intestines;
• укрепление мышц спины.• strengthening the back muscles.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110482A RU2760470C1 (en) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | Method for electrostimulation of diaphragmatic breathing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110482A RU2760470C1 (en) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | Method for electrostimulation of diaphragmatic breathing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2760470C1 true RU2760470C1 (en) | 2021-11-25 |
Family
ID=78719461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021110482A RU2760470C1 (en) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | Method for electrostimulation of diaphragmatic breathing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2760470C1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1211840A1 (en) * | 1984-07-11 | 1986-02-15 | Отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Voltage multiplier |
SU1255151A1 (en) * | 1985-04-05 | 1986-09-07 | Отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Respiration stimulator |
SU1396249A1 (en) * | 1985-04-29 | 1988-05-15 | Отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Pulse train shaper |
SU1429301A2 (en) * | 1986-03-11 | 1988-10-07 | Отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Pulse train shaper |
SU1766421A1 (en) * | 1990-03-11 | 1992-10-07 | Филиал Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Electric breathing stimulator |
RU2007114C1 (en) * | 1992-04-08 | 1994-02-15 | Зеленкова Лейля Абдул-Кадыровна | Method of respiratory therapy of nonspecific pulmonary diseases |
RU2160611C1 (en) * | 1999-11-02 | 2000-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электромеханики" | Device for performing electric stimulation of breathing |
US20130238051A1 (en) * | 2007-10-10 | 2013-09-12 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Respiratory stimulation for treating periodic breathing |
-
2021
- 2021-04-13 RU RU2021110482A patent/RU2760470C1/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1211840A1 (en) * | 1984-07-11 | 1986-02-15 | Отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Voltage multiplier |
SU1255151A1 (en) * | 1985-04-05 | 1986-09-07 | Отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Respiration stimulator |
SU1396249A1 (en) * | 1985-04-29 | 1988-05-15 | Отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Pulse train shaper |
SU1429301A2 (en) * | 1986-03-11 | 1988-10-07 | Отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Pulse train shaper |
SU1766421A1 (en) * | 1990-03-11 | 1992-10-07 | Филиал Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Electric breathing stimulator |
RU2007114C1 (en) * | 1992-04-08 | 1994-02-15 | Зеленкова Лейля Абдул-Кадыровна | Method of respiratory therapy of nonspecific pulmonary diseases |
RU2160611C1 (en) * | 1999-11-02 | 2000-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электромеханики" | Device for performing electric stimulation of breathing |
US20130238051A1 (en) * | 2007-10-10 | 2013-09-12 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Respiratory stimulation for treating periodic breathing |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ТАРАСОВА Н. Н. и др. Основные методы электростимуляции дыхания. Вестник СурГУ. Медицина. 2010, номер 4, стр. 26-38. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ragnarsson | Functional electrical stimulation after spinal cord injury: current use, therapeutic effects and future directions | |
Gater Jr et al. | Functional electrical stimulation therapies after spinal cord injury | |
US8868204B2 (en) | Esthetic device useful for increasing skin beautification and methods thereof | |
Jarosz et al. | Functional electrical stimulation in spinal cord injury respiratory care | |
US20050090867A1 (en) | Method of treating a living organism to achieve a heart load reduction, and apparatus for carrying out the method | |
CA2069321A1 (en) | Method and apparatus for controlling breathing employing internal and external electrodes | |
MX2011006593A (en) | Treatment. | |
JP2007151736A (en) | Dysphagia treatment device | |
CN107158564B (en) | Low-frequency modulated intermediate-frequency electric stimulation external diaphragm pacemaker | |
Lin et al. | Functional magnetic stimulation of the respiratory muscles in dogs | |
Moxham et al. | Diaphragmatic pacing | |
Stanic et al. | Functional electrical stimulation of abdominal muscles to augment tidal volume in spinal cord injury | |
EP3481490B1 (en) | System for activating inspiratory and expiratory muscle function | |
RU2760470C1 (en) | Method for electrostimulation of diaphragmatic breathing | |
Mitsuyama et al. | Diaphragm pacing with the spinal cord stimulator | |
DiMarco | Diaphragm pacing in patients with spinal cord injury | |
WO2022233103A2 (en) | Method for treating dysphagia | |
WO2022248868A1 (en) | System and method for stimulating a nerve, automated resuscitation system | |
Taira et al. | Diaphragm pacing with a spinal cord stimulator: current state and future directions | |
RU2642384C1 (en) | Method for regulation of patient's visceral functions by noninvasive stimulation of spinal cord | |
Mundra et al. | Spinal cord stimulation for spinal cord injury–Where do we stand? A narrative review | |
Sitthinamsuwan et al. | Phrenic nerve stimulation for diaphragmatic pacing in a patient with high cervical spinal cord injury | |
RU2202382C2 (en) | Method for treating the cases of bronchial asthma and obstructive bronchitis | |
DiMarco et al. | Neuroprosthetic control of respiratory muscles | |
RU2729932C1 (en) | Method of recovering functional capabilities of human muscles in conditions of reducing motor activity in the elderly and patients with chronic cardiac failure |