Диагноз и лечение через кожу

1. Уникальный источник информации о состоянии человека

Первым медицинским прибором был измеритель темпе­ратуры. Затрачено много времени и сил для того, чтобы установить наиболее информативные места расположения термометра на коже человека. Вспомним, как начинается обследование больного. Врач берет руку больного у запястья и оценивает температуру, влажность кожи на руке, а затем прощупывает пульс. Внешним осмотром тела больного, а следовательно, и его кожи можно сделать заключение о мучающем человека недуге. Осмотром кожи человека врач оценивает степень и глубину ожога. Локальное измере­ние температуры кожи дает представление о характере вос­палительных процессов в организме. Но наиболее важная информация о состоянии человека может быть получена оценкой электрофизических характеристик кожи. Поэтому целесообразно привести хотя бы краткие сведения о коже.

Существование человека, его эволюционное развитие невозможны без непрерывного взаимодействия с внешней средой. Влияние внешней среды на человека в общем случае рассмотрено на примерах действия электрических и магнит­ных полей в главе третьей. Выбор этих параметров не случаен. Энергия любого из внешних факторов так или иначе преобра­зуется в электрическую, которая, взаимодействуя с электри­чеством человека, и обусловливает реакцию человека на действие внешнего фактора.

Преобразование энергии взаимодействующих факторов в   электрическую   подчиняется   определенной  передаточной функции. Основные процессы преобразования, описываемые передаточной функцией, происходят через кожу. Кожа явля­ется источником информации о состоянии органов и тканей человека и в то же время — первозащитной оболочкой чело­века от вредного действия среды.

Кожа, осуществляющая столь сложную связь в системе среда— человек, представляет собой трехкомпонентную структуру, образованную эпидермисом, дермой и подкожной жировой клетчаткой, которые находятся в функциональном единстве. Рисунок 1, на котором приведен увеличенный во много раз фотоснимок поперечного разреза кожи, дает представление об основных размерных соотношениях всех трех ее компонентов. Самым тонким слоем является эпи­дермис. Несмотря на незначительные размеры, он обладает наиболее ответственными функциями — защитной функцией и функцией информации о состоянии органов и тканей. Информация необходима для саморегуляции ряда биофизи­ческих процессов в организме, прежде всего тепловых и био­электрохимических.

Электрофизические свойства кожи давно используются в качестве информатора о состоянии органов и тканей. Гени­ально предвидел роль кожи в регуляторной системе человека И. П. Павлов. В 1928 г. он обратился к автору данной книги и инженеру М. А. Варзанову (впоследствии руководителю крупнейшего научно-исследовательского института) с прось­бой создать диагностический прибор, оценивающий состояние человека и деятельность его отдельных систем по изменению значения электрического сопротивления между двумя элек­тродами, наложенными на тело человека. Предвидя огромное значение электрофизических методов диагностики, И. П. Пав­лов потребовал обеспечить максимально возможную простоту. эксплуатации, надежность и большой ресурс прибора (Очерк "... с полком моих сотрудников". — Нева, 1979, № 3).

Впоследствии этот метод оценки состояния человека получил название реографического. Реография основана на оценке изменения значения полного электрического сопро­тивления между двумя электродами, расположенными на теле больного. С помощью реографии можно оценить функ­цию внешнего дыхания, представить работу системы перифе­рического кровообращения и дать ряд других диагностиче­ских оценок.

Реография знала и периоды удач, когда в ней видели универсальный метод оценки состояния человека, и периоды неудач, когда дело не ладилось и требовались дополнительные решения технических и биофизических задач. Сейчас основой реографического метода является электроизмерительный мост, работающий на постоянном токе в широком диапазоне частот.

Рис. 1 Поперечный разрез кожи

Теперь имеются уже сотни публикаций, посвященных использованию электрических свойств кожи для диагностики ряда заболеваний. Многое сделано в изучении электрофизиче­ских свойств кожи. Установлена полупроводниковая природа кожного сопротивления, выявлено наличие у кожи электрон­ной и ионной проводимости. Результаты исследований рас­ширили наши представления об организме человека в целом, позволили в значительной степени упростить реографические приборы и повысить их информативные возможности.

Следует, однако, признать, что реография в ее классиче­ском виде (как средство оценки состояния человека по зна­чению его полного сопротивления) в известной степени затормозила изучение наиболее информативного и удивитель­ного элемента кожи — эпидермиса, ибо значение эпидермиального электрического сопротивления не выделялось, да существующими методами реографии и не могло быть выделено из общего электрического сопротивления тела человека. Для этого нужна другая приборная техника, иные методы измерения.

Что такое эпидермис? Это — плоский, тонкий, ороговев­ший слой, ведущая в функциональном отношении составная часть кожного покрова. Он представляет собой пограничную ткань с многообразными сложными барьерно-информативными функциями. Одна из основных функций эпидермиса — защита от проникновения в организм чужеродных, не свой­ственных ему микробов, аэрозольной пыли. Он способствует защите тканей и органов от проникновения ультрафиолето­вого и коротковолнового рентгеновского излучения и т.д. Своими поровыми железами эпидермис регулирует водный обмен и участвует в стабилизации теплового обмена. Струк­турные особенности эпидермиса обеспечивают ему высокую упругость, эластичность. Он имеет большую механическую прочность, что позволяет ему выдерживать большие механи­ческие нагрузки в виде ударов, трения и растяжения. Обладая высокими регенерирующими свойствами, эпидермис спосо­бен к быстрому восстановлению при различного рода повреж­дениях. Благодаря удивительным и многообразным видам электрической проводимости он имеет исключительно высо­кую рецепторную защитную способность.

В первой отечественной монографии, посвященной эпидер­мису, И. Н. Михайлов, ее автор, убедительно показывает топографическую связь отдельных участков эпидермиса со всеми органами человека. Основой этого утверждения являются убедительные результаты физиологических исследо­ваний и установление эмпирических закономерностей. В эпи­дермисе находятся акпунктурные зоны — точки и участки кожи, обладающие отличными от основного состава эпидер­миса видами проводимости. Подчеркиваем, что проводимость отдельных акпунктурных зон весьма различна, различны и их свойства. Через акпунктурные зоны (точки) в основном и осуществляется связь эпидермиса с внутренними органами. Возникновение электрической цепи через область эпидермиса в акпунктурных зонах может привести к смертельному исходу даже при очень маленьком напряжении. В то же время эти зоны широко используются в игло- и электротерапии для лечения заболеваний, прямо или косвенно связанных с центральной нервной системой, а также с жизненно опреде­ляющими подсистемами человека.

Накопление фактического материала по результатам исследований эпидермиса значительно опережает биофизи­ческое обобщение. Но даже в этих условиях открываются исключительные возможности для использования свойств кожи, в частности ее электрофизических характеристик, для диагностики заболеваний и их терапии. Так, изменение по­верхностного и полного электрического сопротивления кожи имеет бесспорное диагностическое значение. В терапевтиче­ском отношении эпидермис представляет двойной интерес: с точки зрения ввода лекарственных соединений через кожу и воздействия на центральную нервную систему через акпунк­турные зоны.

Использование свойств эпидермиса в медицине началось давно; оно имеет своеобразную историю с не совсем обыч­ным началом. Описанию этого начала посвятим следующий параграф.

2. Прием лекарства через кожу

Кожа человека не только позволяет врачу оценить состо­яние человека, но и через нее можно ввести больному лекар­ства. Мы привыкли принимать лекарства через рот. Не удив­ляемся и введению лекарств в тело человека посредством шприца. Но, оказывается, их можно вводить и через кожу. Такой ввод лекарств очень эффективен, полезен и совсем не сложен. К подобному методу люди привыкают, например, при физиотерапии. Давайте ознакомимся с секретом этого метода.

Вспомним то место книги, где говорилось об ионной проводимости. Особенностью движения зарядов, характери­зующей этот вид проводимости, является перенос вещества. Схема движения зарядов такова. Вещество находится в иони­зированном состоянии. Атом или молекула вещества либо имеют лишний электрон, либо им электрона недостает. Под влиянием приложенного напряжения отрицательно заряжен­ные ионы (катионы) начинают перемещаться по телу чело­века к электроду — аноду, к которому подключен положи­тельный источник напряжения; положительно заряженные ионы (анионы) начинают перемещаться к отрицательному электроду— катоду.

Для перемещения в растворе 1 г-экв вещества (грамм-эквивалент численно равен химическому эквиваленту ве­щества, т. е. отношению атомной массы к валентности) требуется одно и то же количество электричества (около 100 000 Кл). Электролитический способ перемещения веще­ства используется в одном из старейших средств лечения, называемом электрофорезом или ионофорезом. Ионная и комплексная проводимость биологических объектов, хотя и соответствует элементам общих законов Фарадея, значи­тельно сложнее их, и реакция биологических объектов на проходящий поток зарядоносителей многообразнее. Но и здесь выручает накопленный десятилетиями опыт ввода в организм лекарственных соединений путем электрофореза.

Способы проведения этой процедуры отличаются друг от друга по приемам ввода, по местам расположения элек­тродов и, конечно, по составу лекарственных соединений. Широко применяется ввод лекарственных веществ через руку или ногу (рис. 2). Он заключается в следующем. Руку или ногу помещают в ванночку, заполненную раствором лекарственного соединения. Один из электродов опускают в ванночку, второй накладывают на конечность, выше места погружения руки или ноги в ванночку. При электрофорезе с помощью ванночек чаще всего используют угольные элек­троды. При таких электродах в лекарственный раствор попа­дает минимальное количество загрязнений, появляющихся в процессе прохождения тока за счет тех или иных примесей.

Рис.   2. Электрофорез   лекарственных   веществ   с   использованием ванны с угольными электродами

Наиболее распространен способ электрофореза, при кото­ром электроды, представляющие собой эластичные металли­ческие пластины, накладывают непосредственно на тело. Между телом и электродом прокладывают фланель или бязь, обезжиренную кипячением, марлю, а иногда просто фильтро­вальную бумагу. Прокладку пропитывают лекарственным раствором, электроды подключают к источнику постоянного тока, и процесс ввода лекарств начинается. Материалом для электрода может служить платина, золото, серебро, латунь, алюминий, свинец. Выбор металла обусловлен составом лекарственного соединения: входящие в него вещества должны быть инертны по отношению к данному металлу. Наиболее часто используют листовой свинец, покрываемый иногда тонким слоем олова. Листовой свинец удобен: он легко принимает форму поверхности тела человека, на кото­рую накладывается; его легко можно резать ножницами, придавая электроду любую форму. Толщина электродов 0,5-1,0 мм.

Электроды не должны иметь острых углов, заусениц, вмятин, ибо распределение плотности тока в этом случае будет неоднозначным, а в некоторых случаях даже опасным. Площадь электродов, используемых при электро­форезе, находится в пределах от 15—20 до 200-300 см². Опытным путем установлены оптимальные значения плот­ности тока, равные 0,03—3 мА/см². Если площади поверх­ностей анода и катода различны, плотность тока в цепи уста­навливается    по    наименьшему   электроду.   Лимитируется и общее значение тока в цепи — оно не должно превышать 40-50 мА. При больших поверхностях электродов токи мо­гут быть значительно меньше. Напряжение, при котором производится электрофорез, составляет 15—20 В. Курс лече­ния - до 15 сеансов, время каждого сеанса 1—15 мин.

С помощью электрофореза в организм через кожу вво­дятся антибиотики, йодистые препараты, разные сложные лекарственные соединения. Дей­ствуют эти соединения на организм человека иначе, чем при других способах их введения (пилюли, микстуры, внутримышечная или внутривенная инъекция). И вот почему. Лекарственные соединения, вводимые с помощью постоянного тока через кожу, оказывают общее действие на весь организм. Накап­ливаемые в кожных покровах ле­карственные соединения вызывают раздражение нервных окончаний. Они раздражаются непосредственно вводимыми химическими соедине­ниями и электрическим током. По-видимому, идет перестройка электропроводности под действием тока. В то же время лекарственные соединения с током лимфы и крови всасываются в капилляры и разно­сятся через эти системы по всему организму, оказывая действие на ткани,    наиболее    чувствительные к данному веществу. Таким образом, общее действие лекар­ственного вещества при электрофорезе складывается из рефлекторных и гуморальных явлений. Подбором соответствующих лекарственных соединений, подбором режима тока можно получить преимущественное действие того или другого механизма (рефлекторного или гуморального). Глубина проникновения лекарства в живую ткань достигает   1—1,5 см, для неживой ткани она другая.

Из работ Н. Д. Троицкой, посвященных действию тока на кожу, можно сделать крайне интересные выводы. Объек­том изучения у нее были морские свинки, кожа которых по структуре близка к коже человека.

Рис.    3.    Электрофорез при использовании накладных электродов

Электрофорез на мертвом животном протекает по схеме обычного электролиза слож­ного соединения, и даже глубина проникновения поддается расчету. Электрофорез на живом животном сопровождается сложнейшими реакциями всего организма, и здесь лишний раз хочется подчеркнуть, что у живого животного идет более сложная перестройка электрических параметров и характе­ристик.

Рис. 4.  Схема опыта, показывающего роль полярности электродов (при полярности, показанной на рисунке, гибнет левый кролик)

Вот почему действие лекарственного соединения, вводимого   через   лапку   животного,  наблюдается   на  всех участках тела, в то время как его действие на мертвом живот­ном обнаруживается в относительно небольшой подэлектродной зоне, ибо далее плотность тока уменьшается и проявление его практически незаметно. 

Огромное значение имеет полярность тока. Интересный при­мер действия тока различной полярности приводит А. П. Пар­фенов. На тело двух кроликов с обеих сторон наложены проводящие прокладки, смоченные стрихнином и хлористым натрием. С левой стороны тела прокладка у одного из кроли­ков смочена стрихнином, а у другого — хлористым натрием. Оба кролика включены . последовательно в общую цепь. У одного кролика к электроду с прокладкой, пропитанной стрихнином, подключен источник питания положительным полюсом, у второго — отрицательным. В момент включения цепи погибает кролик, у которого источник положительным полюсом подключен к электроду с прокладкой, пропитанной стрихнином. При изменении полярности в общей цепи поги­бает другой кролик. Схема опыта представлена на рис. 4.

Любопытна такая новинка, как магнитофорные апплика­торы, уже начавшие прокладывать себе путь в медицинскую практику.   Небольшая    пластинка,   создающая   постоянное магнитное поле, будучи приложена к больному месту, улуч­шает его кровоснабжение, оказывает противовоспалительное и болеутоляющее действие, помогает при лечении заболеваний периферической нервной системы, опорно-двигательного аппарата, вен, костей, суставов и мягких тканей.

В этой главе лишь на некоторых примерах показано ис­пользование присущего живому организму электричества: как помощника врача при установлении диагноза (состояние человека определяется по изменению электрической актив­ности сердечной мышцы) и как непосредственного средства лечения (эффект в этом случае обусловлен взаимодействием внешнего электрического тока и поля с электрическими токами и полями, присущими живому организму). Подобных примеров можно привести значительно больше. Исследования в этом плане продолжаются.

3. О чем может поведать электрическое сопротивление эпидермиса

Летом 1936 г. на одной из подстанций Ленэнерго оборвался провод, находившийся под напряжением 110 кВ. Одним из своих концов он коснулся почвы вблизи группы людей. При касании проводом почвы возникла электрическая дуга, образовалась электрическая цепь через почву, и ее поверх­ность оказалась под напряжением. Находившиеся на подстан­ции люди получили удар электрическим током. Для двух человек этот удар оказался смертельным. Остальные постра­дали меньше. Те, что находились близко к месту падения провода, получили ожоги; у других появились характерные электрометки на руках; наконец, некоторые отделались лишь неприятным ощущением удара, не оставившего никаких следов. Электрическая цепь через землю просуществовала всего две секунды.

Расследование этого уникального происшествия произво­дилось комиссией с привлечением специалистов различной квалификации. Председателем комиссии был академик Л. А. Орбели. Результаты работы комиссии были опублико­ваны в журнале "Электричество" (1936, №8), а затем пере­печатаны во многих отечественных и зарубежных изданиях. Распределение напряжения по поверхности земли было про­моделировано, что позволило оценить значение напряжения, под которым оказался каждый из пострадавших.

Оказалось, что электрометки на теле пострадавших отра­зили условия образования электроцепи: в одних случаях это было касание с землей при падении, в других — соприкосно­вение с той или иной конструкцией подстанции (метка пред­ставляла собой как бы рисунок той конструкции, к которой отбросило пострадавшего в момент образования электриче­ской цепи через его тело). Такой рисунок на коже позволил уточнить значение поражающего напряжения и условия проис­шествия.

Эти наблюдения в сочетании с данными, полученными в результате анализа сотен других электротравм, показали, что по следу тока на коже можно устанавливать, возникла ли цепь тока при жизни пострадавшего или уже после его смерти. Для судебной медицины это архиважно. Итак, по состоянию кожи удалось разобраться в трагедии.

Происшествие на подстанции впервые заставило обратить внимание на удивительные электрические свойства эпидер­миса. Прозорливо прозвучали слова академика Л. А. Орбели, обращенные тогда к членам комиссии: "Вам, электрикам, следует искать разгадку тайны взаимодействия электричества с живым организмом, изучая присущие только человеку электрические свойства, и в частности эпидермису".

Но удивительные электрические свойства эпидермиса стали вплотную изучаться лишь в 70-х годах — спустя сорок лет после описанных выше событий на электроподстанции Ленэнерго. Почему же не занялись этим раньше? В чем причи­на такой задержки? А дело было в том, что информативные свойства электрического сопротивления изучались и рас­сматривались применительно ко всей кожной системе, вклю­чающей в себя, помимо эпидермиса, также дерму и клетчатку. К тому же отсутствовал простой метод измерения поверх­ностного электрического сопротивления. Новый этап в изуче­нии электрических свойств кожи, и в первую очередь эпидер­миса, начался после того, как Б. М. Ворошилов в соавторстве с другими учеными предложил для измерения поверхност­ного электрического сопротивления использовать коаксиаль­ный электрод, состоящий из двух электродов: центрального — в виде металлического штифта и круглого, при наличии отличной изоляции (фторопласт) между ними. Электроды включались в схему электрического моста, напряжение источника питания моста составляло 2 В.

Применение этого электрода стало возможным после того, когда автору данной книги удалось на основе анализа огромного числа электротравм выявить значения допустимых токов при локальных воздействиях.

Изучение локального поверхностного электрического со­противления посредством коаксиального электрода дало поистине ошеломляющие результаты. Оно позволило, в част­ности, тому же Б. М. Ворошилову с соавторами установить возможность по величине уменьшения поверхностного элек­трического сопротивления обнаруживать воспалительный процесс в органах и тканях, находящихся под поверхностью кожи. Границы зоны электрического сопротивления, которое меньше общефонового сопротивления на поверхности тела, дают графическое представление о локализации воспаления.

Приборная реализация предложенного метода раскрывает новые, перспективные возможности простой электродиаг­ностики. Уже сейчас Б. М. Ворошилову удается с помощью несложного прибора своевременно устанавливать у тысяч больных диагнозы заболеваний, открывая тем самым путь к своевременному началу лечения, а стало быть, и к выздо­ровлению.

Секрет этого нового диагностического метода — в удиви­тельных свойствах полупроводниковой проводимости орого­вевшего слоя кожи. Слабые "электронные связи" этого слоя и активное электронное сродство явлений, возникающих I на атомно-молекулярном уровне, дают о себе знать в макро-явлениях. Перед биофизиками изучение электронных свойств эпидермиса открывает широкие перспективы, позволяет внести новый вклад в познание живого и неживого. Но уже сейчас удивительное явление — изменение электрического сопротивления эпидермиса — находит практическое приме­нение в простой и быстрой диагностике заболеваний.

4. Биоэлектрический генератор

Электротехника и электроника все ускоряющимися тем­пами внедряются в медицину. Одним из примеров этого может служить электростимулятор сердечной деятельности. Известно, что от биоритмов (а к ним относятся и частота сердечных сокращений, и дыхание, и многое другое) зависит жизнедеятельность человека. Страшным недугом оборачива­ется для человека нарушение ритма сердечной деятельности. Дня поддержания ритмов работы сердца и предназначен электростимулятор — очень небольшой по своим размерам электронный механизм, либо вживляемый непосредственно в сердечную мышцу, либо располагаемый на ней. Управляется электростимулятор биоритмом сердечной мышцы — периодами ее сокращения и расслабления. В случае нарушения числа сердечных сокращений небольшие датчики подают сигналы на электростимулятор, который, в свою оче­редь, начинает подавать импульсные электрические сигналы на сердце — сигналы, соответствующие нормальной частоте сокращений. Эти электрические, "раздражающие" сердечную мышцу импульсы помогают сердцу вернуть потерянный им ритм сокращений. Тысячи людей живут с вживленными в их тело электростимуляторами, этими помощниками сердца, без которых больной организм не может сохранять необхо­димый для жизни биоритм.

Электростимулятор, как всякий электроприемник, рас­ходует электроэнергию. Ее можно подавать от вживленного в полость грудной клетки аккумулятора, для подзарядки которого на поверхность тела  выводятся провода. Человек вынужден периодически подзаряжать аккумулятор. Другой вариант работы электростимулятора — питание от электро­батареи.

Но и то, и другое дискомфортно. Вот почему возникла идея питания электростимуляторов от биоисточника элек­тричества. Идея заманчива. Биоисточник может генерировать биотоки напряжением до десятков милливольт и даже боль­ше. Такие биотоки, конечно, малы. Они, как это ясно чита­телю из содержания первых глав книги, представляют собой движение зарядоносителей на атомно-молекулярном уровне и составляют микроамперы, даже меньше. Но для работы электростимулятора нужна очень небольшая мощность, и поэтому даже такие токи могут оказаться достаточными. Однако, как осуществить съем биоэлектроэнергии? Как заставить биоэлектричество выполнять несвойственную ему функцию — снабжать электроэнергией электронное устройство?Для этого предложен ряд способов. Рассмотрим их.  П. Н.Не­делин и другие исследователи установили, что биоэлектри­чество можно получить с помощью электродов, которые, подобно тому как это делается при снятии электрокардио­граммы, накладываются непосредственно на кожу. И здесь кожа является превосходным помощником. От электродов, прилегающих к коже, провода подводятся к электростиму­лятору. Приборы, реализующие этот метод, очень сложны в эксплуатации, недостаточно надежны, а главное, напряжение такого биоисточника не выходит за пределы десятков микро­вольт, а ток, следовательно, еще меньше.

Более эффективны электроды, вживляемые в клетчатку кожи. Опять кожа! Вживление может быть осуществлено непосредственно над электростимулятором или в иных местах, но последнее хуже, ибо тогда не избежать расположе­ния электропроводов на поверхности тела. Электроды выпол­няются из золота, платины, титана. Напряжение подобного источника тока может достигать 2 В. Получаемая при этом мощность уже вполне достаточна для описываемых целей. Важно и то, что такая система питания электростимулятора вполне надежна, схема предельно проста и может быть выпол­нена на микропроцессорах, этих детищах кристаллически-структурной электроники — электроники нового этапа техни­ческого прогресса.

Предложен и иной метод. Назовем его трансформаторным. На сердечную мышцу надевают кольцо из ферромагнитного материала с микропроводной обмоткой возбуждения био­электрической активности. Опыт применения биотрансформа­торных источников питания еще невелик. Он глубоко затра­гивает ряд физиологических явлений и поэтому подлежит тщательнейшей проверке. Но экспериментировать с ним можно лишь на крупных животных. Это обстоятельство, а также сложность устройств ограничивают его применение, несмотря  на  очевидность   связанных  с  ним  преимуществ.

Электростимуляция — молодое, быстро развивающееся направление кардиологии и медицинского приборостроения. Многим людям электростимуляторы сохранили жизнь. По­этому продолжение исследований по их усовершенствованию, и в первую очередь по использованию биоисточников питания па клетчатке кожи, вполне оправданно и необходимо.

НПФ "Янтарь" (www.ionization.ru)
Полное или частичное цитирование данной статьи запрещено