SE467196B - Anordning foer att tillfoera elektrisk energi till biologisk vaevnad foer att simulera den fysiologiska laekningsprocessen - Google Patents

Description

467 196 -L angivna ändamål - utformatš"så att nämnda spänningskälla för att simu- lera den fysiologiska läkningsprocessen matar en ström, vars amplitud- värden alternerar i tiden och att vart maximalt amplitudvärde är lägre _ » i absolut tal än det närmast i tiden föregående amplitudvärdet.

Uppfinningen beskrives närmare nedan. Ritningens fig. 1 visar ett i E blockschema över en såsom exempel vald, lämplig spänningskälla och fÉg¿ 2 visar ett diagram över spänningen såsom funktion av tiden.

Uppfinningen utförande baserar sig - i motsats till existerande be- handlingsapparater - på de varierande krav på understöd eller modifi- ering av elektrisk energitillförsel som krävs vid olika sjukdomstill- stånd. Dessa krav, vilka måste klarläggas inför olika behandlingar, kan sedan utnyttjas i uppfinningen, vilken i ett utförande kan program- meras för olika funktioner. Genom att ge dessa funktioner en vid program- meringsmöjlighet kan uppfinningen nyttjas för flera tillstånd, exempelvis fraktur- och sårläkning, rheumatisk arthrit, glaucom, läkning av tumör- vävnad mm.

Uppfinningen, som baserar sig på uppfinnarens fleråriga, praktiska experiment och behandling av patienter med cancer, kan åberopa fraktur- läkning såsom prototyp för understöd av vävnadsläkning, vilken princi- piellt alltid tycks ske efter den huvudprincip, vilken-ligger till grund för föreliggande uppfinning.

Enligt nämnda huvudprincip uppkommer i varje fraktur eller annan vävnadsskada en spontan degradation av vävnad som ger upphov till elekt- rokemisk polarisation av den skadade vävnaden i förhållande till den icke skadade omgivningen. Denna polarisation är initialt elektropositiv i storleksordning några hundra millivolt och utgör den elektromotoriska kraften i ett elektrogent transportsystem för vävnadsmaterial. Denna huvudprincip har av uppfinnaren i ärendet nyligen i detalj beskrivits och experimentellt provats in vitro, in vivo på djur och in vivo på - patienter.

Denna huvudprincip innehåller nya, tidigare icke kända fakta, exempel- vis en ny funktion hos blodkärlen, vilkas väggar har en hög resistivitet i förhållande till det konduktiva mediet, nämligen blodplasma. Blod- kärlen har en elektrisk övergång via blodkapillärerna, vilka kontraherar segmentellt under påverkan från det överlagrade elektromotoriska fältet.

Härigenom stängs jontransporter i jonkanaler genom blodkapillärernas 467 196 OJ endothelceller och de läckande stomata mellan dessa. Påverkan genom diffusion, tryckskillnader och skillnader i osmotiskt tryck över kapil- lärerna_och effekten av gravitation utesluts således. Den överlagrade, elektriska gradienten kan däremot inducera elektrontransferering över endothelcellerna via globulära proteiner-på sätt som först visats av Peter Mitchell i inre mitochondriamembraner och här visats finnas i endothelcellernas membraner. Därigenom erhålles vid elektrontranferering- arna en biologisk ekvivalent till elektrodreaktionerna vid elektrofores.

Härigenom kan den elektromotoriska kraft, som utvecklas i skadan, driva joner i blodkärlen och i den interstitiella, konduktiva vävnadsvätskan.

Detta är basen för den materialtransport som induceras av skadan vid läkning.

Detta transportsystem medger ackumulation av elektronegativa joner och repulsion av elektropositiva joner under vävnadsskadans elektro- positiva fas. I en senare fas övergår skadan till att bli elektronegativ i förhållande till omgivningen; I det speciella strömtransportsystem som kunnat kartläggas vänder därför strömtransporten så att elektro- positiva joner ackumuleras och elektronegativa joner drivs bort från -skadan. Förloppet kännetecknas av en fluktuerande, attenuerande poten- tialskillnad till omgivningen som kan utnyttjas enligt föreliggande uppfinning. Varje vävnadsskada kräver för sin läkning såväl anjoner _ som katjoner men dessa måste utnyttjas i bestämda sekvenser. Av väsent- lig betydelse är den totala strömtransporten. Denna beräknas utgående från bestämning av vävnadsskadans storlek. En direkt relation har visats föreligga mellan den totala mängd energi som frigöres i en skada och den strömtransportmängd denna energi kan leverera för skadans läkning.

Enkelt uttryckt levererar skadan själv vid normalt läkningsförlopp den energi som behövs för skadans läkning.

Om vävnadsskadan endast vore elektropositiv skulle enbart anjoner ackumuleras i denna medan katjoner skulle drivas från denna. Av natur- liga skäl behövs både anjoner och katjoner vid läkningen. I djurexperi- ment har visats att skadepotentialen långsamt fluktuerar i tiden. För en given skada måste därför jontransporterna påverkas bl a av de konduk- tiva egenskaperna hos omgivande vävnader. Vid god konduktivitet kan på kort tid en given elektromotorisk kraft transportera tillräckligt med joner såväl under positiv som negativ fas hos skadan, dvs snabbt 467 196 läka denna. Vid dålig konduktivitet tager transporterna längre tid och kan behöva understödjas med en varierbar strömkälla. Ett användbart fluktuationsmönster vid frakturläkning har experimentellt studerats på råttfrakturer, vilket mönster ger polaritet, spänning respektive strömstyrka för transporterna under'den nödvändiga läkningstiden för en skada av given storlek.

Icke invasiva metoder, t ex röntgen, datortomografi och magnetisk resonans, kan nyttjas för att före behandling bestämma skadans storlek.

Då nedbrytningen av en liten skada-frigör energi som ger spänningsför- ändringar ekvivalenta med en stor skada kan man medelst storleksbestäm- ningen beräkna hur stor mängd jontransport i de olika faserna som er- fordras för skadans läkning. Detta kan göras genom att man antingen beräknar och avpassar den strömtidsintegral uppfinningen skall ge eller avkänner uppfinningens aktuella strömgenomgång och låter spänningen stiga till en nivå som medger adekvata transporter av joner i lämpliga faser under bestämd tid.

Med ovanstående såsom bakgrund har uppfinningen följande egenskaper.

Med hjälp av ett elektriskt batteri, företrädesvis laddningsbart men separerbart under användning från det elektriska nätet, kan varieran- de spänning och strömstyrka driva joner till och från frakturen med applicering av såväl elektropostiv som elektronegativ fas av skadan.

I ett utförande finns därvid möjlighet att applicera en tillfredsställan- de positiv spänning för att under rimlig tid aokumulera tillräckligt stor mängd anjoner. Vid närmandet av beräknat strömtal för anjonackumula-Z tion, efter föregående bestämning av skadans storlek, avflackas ström- genomgången mot 0-värdet under en tid av Q,1l%9§gn, företrädesvis ca 1 vecka, varefter önskad negativ fas påbörjas för vändning eller alterna- tion av strömmen. Därmed programmeras strömtidsintegralen på motsvarande sätt som den positiva. I fortsättningen attenueras spänningsfluktua- tionerna, den varierande spänningen, tills klinisk stabilitet erhålles hos frakturen, dvs tills skadan väsentligen är läkt.

En för genomförande av föreliggande uppfinning lämplig, såsom exempel vald spänningskälla visas i blockschema i bifogad fig. 1. Denna likspän- ningskälla innefattar företrädesvis från det elektriska nätet laddnings- bara ackumulatorer eller batterier, icke närmare visade på ritningen.

Denna separation från nätet är föredragen för att undvika att från nätet lä. Å 467 196 härrörande störningar, transientspänningar etc, skall påverka likspän- ningskällan.

Likspänningskällan innefattar en lämpligen medelst en kristall 2 styrd klocka 1, vilken är inrättad att styra förloppet. Ûen aktuella, av klockan 1 uppmätta tiden återges på en display 3 av lämplig typ.

Klockan 1 manövrerar via exempelvis ett icke närmare visat relä två tungor 4 och 5 för att påverka en strömgenerator 6 att öka eller minska den från två patientanslutningar 7, 8 avgivna strömmen, vilken via icke på ritningen visade elektroder, inopererade i de vävnadspartier som avses att behandlas, tillföres denßöiologiska vävnad, vars fysiologiska förlopp skall stödjas. I Såsom komplement eller alternativ till den kristallstyrda klockan 1 kan - för att styra förloppet - givetvis anordnas en på ritningen icke visad utrustning för programmering, med vars hjälp på förhand er- hållna erfarenhetsvärden, gränser etc liksom även från behandlingen utröntareller avkända värden kan bringas att påverka de från strömgene- ratorn 6 alstrade utgångsvärdena vad gäller ström, spänning, tid alter- nation av ström, ändringsgrad etc på lämpligt sätt. Speciellt avses här de fall då man relativt momentant kan avkänna resultatet av läknings- förloppet och därigenom tämligen exakt kan fastställa när nästa fas i läkningsförloppet skall införas genom alternation av strömmen.

I likspänningskällan ingår vidare en mätare för att kontinuerligt eller momentant avläsa aktuell spänning och ström, vilka hämtas via en växel 10 från strömgeneratorn 6 och återges på displayen 3. En ladd- ningsmätare 11 är kontinuerligt inkopplad till strömgeneratorn 6 och dess värde återges även på displayen 3. Nämnda laddningsmätare 11 är i detta sammahang väsentlig, enär - såsom tidigare nämnts - den mängd laddning som skall tillföras en skadad vävnad är direkt relaterad till den volym som skadan omfattar. Genom manuell åtgärd sänks strömtillför- seln till noll när tillräcklig laddningsmängd har tillförts behandlings- stället. Om - däremot - en utrustning för programmering nyttjas kan en på förhand inprogrammerad laddningsmängd jämföras med till anslutning- arna 7 och 8 matad laddningsmängd och när dessa värden är lika, sänks strömmen till noll och/eller alterneras strömmatníngen från strömgene- ratorn 6 automatiskt.

A67 196 Såsom komplement eller alternativ är det vidare tänkbart tt - innan strömmatning från strömgeneratorn påbörjas - nyttja de i den biologiska vävnaden införda elektroderna för att avkänna den fysiologiska läknings- n", processens strömriktning och avpassa den från strömgeneratorn 6 alstra- de, initiala strömriktningen härtill.

I regel är det dock lämpligast att starta behandlingen från början motsvarande inledningen av ett naturligt läkningsförlopp med strömmen riktad från den skadade vävnaden.

Genom ovan nämnda, av klockan 1 via reläer styrda ökningen respek- tive minskningen av strömmen från strömgeneratorn 6 sker tidsstyrt steg- vis ökning och minskning av strömmen_men det är givetvis även möjligt att medelst lämpliga medel kontinuerligt öka och minska strömmen.

I fig. 2 visas den potential som av strömgeneratorn 6 pålägges över _ anslutnignarna 7 och 8 som funktion av tiden, enär spänningen är enklare att följa än strömmens väsentligen motsvarande variationer (vid skäligen konstant resistivitet i den biologiska vävnaden). Tidsaxeln t i dia- grammetíinbegriper här ca 3-4 veckor och - såsom framgår av kurvan - ~ dämpas den asymptotiskt mot noll i slutet av nämnda tidsrymd. Den ini- tiala strömpåläggningen upp till det första maximat sker inom några sekunder upp till några minuter medan däremot ändringen därifrån till noll sker stegvis eller kontinuerligt under lång tid från 0,1 - 2 dygn till 7-10 dygn och fortsatt alternering av strömmen till det negativa maximat och sedan vidare till noll sker inom ungefärligen samma tidrymd som ovan, dvs avståndet mellan två på varandra följande alteringspunkter (då strömmen eller spänningen i regel men icke nödvändigtvis är noll) är ca 7 dygn. Utgångsströmmen till elektrodanslutningarna 7 och 8 alter- nerar således extremt långsamt. Efter tre till fyra alterneringar av strömriktningen har läkningen till väsentliga delar skett, förutsatt att den totala mängd laddning som tillförts vävnaden väsentligen svarar mot skadans volym.

Variationer inom uppfinningen ram är givetvis möjliga. 'v

Claims (8)

“;“ 467 196 Patentkrav

1. Anordning för att tillföra elektrisk energi till biologisk vävnad i syfte att stödja olika, fysiologiska förlopp, inbegripande olika faser av läkning, tillväxt, modifiering av patologiska till- stånd, exempelvis försämrad genomblödning, kronisk smärta, vätske- ansamling i vävnad etc, liksom även för att påverka livsbetingelserna för exempelvis tumörvävnad, vilken anordning innefatttar minst två till en likspänningskälla anslutna elektroder, av vilka den ena elektroden är avsedd att anordnas i eller på den biologiska vävnad, som skall stödjas i sitt fysiologiska eller patofysiologiska förlopp, och den andra elektroden är avsedd att anordnas på avstånd från nämnda biologiska vävnad i sådant läge att elektriskt ledande kretsar existerar mellan sagda elektroder, vilken spänningskälla via nämnda elektroder är inrättad att mata ström genom nämnda biologiska vävnad, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda spänningskälla för att simulera den fysiologiska läkningsprocessen är utformad för att mata en ström, vars amplitudvärden alternerar i tiden, och att vart maximalt ampli- ' tudvärde är lägre i absolut tal än det närmast i tiden föregående amplitudvärdet samt av att nämnda alternation av strömmen är bringad att ske flera gånger.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att spänningskällans alternation av ström- men är bringad att ske inom en tidsrymd som ligger mellan 0,1 - 10 dygn, företrädesvis inom ca 7 dygn.

3. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den ström, som av spänningen matas genom nämnda elektroder, av anordningen är inrättad att integreras i tiden och att de integrerade storheternas summa, på förhand, är vald i relation till volymen av den vävnad, som avses stödjas, samt av att nämnda ström är inrättad att av spänningskällan automatiskt frånkopplas efter det att nämnda integrerade summa har uppnåtts.

4. Anordning enligt något av föregående krav med en apparatur för att avkänna resultatet av den simulerade, fysiologiska läknings- processen, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda spänningskälla är inrättad '4e7 196 styrd av nämnda apparaturs avkända resultat att förändra respektive .tidpunkt för alternation av strömmen.

5. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda alternation av strömmen från spänningskällan är inrättad att ske långsamt, kontinuerligt eller stegvist, från ett amplitudvärde lika med noll till ett maximalt amplitudvärde för att därefter under flera dygn minska till noll och alternera till ett negativt, maximalt amplitudvärde, vilket sistnämnda i absolut tal är mindre än närmast föregående amplitudvär- de, att från nämnda, negativa, maximala amplitudvärde ökar detta på nytt under flera dygn till noll och alternerar till ett nytt, maximalt, positivt amplitudvärde, vilket i absolut tal dock är lägre än det närmast föregående, negativa, maximala amplitudvärdet samt av att ovanstående alterneringsförlopp är bringat att av spännings- källan upprepas tills avsett resultat har ernåtts.

6. Anordning enligt något av föregående krav med en programmerings- anordning för att på förhand programmera in erfarenhetsvärden, behand- la aktuella, avkända värden etc, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda spänningskälla är inrättad styrd av programmeringsanordningen.

7. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda spänningskälla är inrättad att första alstra en ström, som flyter i en riktning från den ena elektroden till den andra.

8.- Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda spänningskälla är inrättad att först alstra en ström, som är eller är bringad i fas med den fysiologiska läkningsprocessens strömriktning.