Автономные электростимуляторы желудочно-кишечного тракта с эндогенным электрофорезом микроэлементов Романовский, Михаил Николаевич

Введение к работе

Актуальность темы. Для повышения качества и эффективности функционирования радиотехнических элементов и устройств различного назначения все шире используются новые физические, химические и др. явления и процессы. С другой стороны, радиотехнические методы и устройства сами широко применяются в химии, биологии, медицине, многих др. областях науки и практической деятельности. Примером могут служить некоторые устройства для физиотерапии, в частности, автономные электростимуляторы (АЭС) желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), применение которых в значительной степени решает проблему лечения послеоперационных парезов и динамической кишечной непроходимости [1].

Другой актуальной проблемой является несбалансированность питания людей и сельскохозяйственных животных по микроэлементному составу. В живом организме микроэлементы присутствуют в весьма низких концентрациях, но оказывают большое влияние на метаболизм клеточных систем, тканей и органов. Недостаток какого-либо из эс-сенциальных микроэлементов приводит к нарушению метаболических процессов, гипомикроэлементозу и в практике животноводства, например, покрывается за счет введения в состав кормов солевых добавок. Степень усвоения минеральных веществ животными не превышает 10 - 40 %. Из-за антагонизма микроэлементов и по ряду др. причин дефицит какого-либо из них может проявляться даже при оптимальном содержании микроэлемента в воде и пище. При этом солевые добавки не решают проблемы, т. к. степень усвоения микроэлемента остается по-прежнему невелика.

При функционировании АЭС в кислотно-щелочной среде ЖКТ имеют место электрохимическая коррозия электродов и ионный эндогенный электрофорез. За счет этих двух процессов при надлежащей модификации АЭС можно более эффективно вводить в живой организм недостающие микроэлементы на фоне электростимуляции ЖКТ.

Важнейшая составная часть АЗС ЖКТ - генератор электрических импульсов. Расширение функций АЗС предъявляет дополнительные требования к электродам. Изготовление электродов из материалов, по-. ляризационные характеристики которых существенно отличны от характеристик электродного материала базовой модели АЭС - нержавеющей стали, предполагает (для обеспечения оптимальной амплитуды

импульсов тока электростимуляции) соответствующее модифицирование генератора.

Предварительный анализ функционирования АЭС с различными электродами удобно проводить на математических моделях с последующими всесторонними экспериментальными исследованиями. Сведения о моделировании АЭС ЖКТ в литературе отсутствуют, и первый шаг в реализации такого подхода может быть связан с моделированием нелинейной динамической нагрузки генератора импульсов АЗС.

Таким образом, разработка АЭС ЖКТ с эндогенным электрофорезом микроэлементов является актуальной проблемой, решение которой предполагает моделирование генератора импульсов и нагрузки, выбор материалов и способов изготовления электродов, исследование функционирования АЭС с различными электродами, модифицирование генератора импульсов, исследование реального влияния АЭС на состояние живого организма. Решению перечисленных задач - с целью выяснения особенностей функционирования и изготовления АЭС ЖКТ с эндогенным электрофорезом микроэлементов - и посвящена настоящая работа.

Научная новизна работы связана прежде всего с моделированием нагрузки генератора импульсов АЭС ЖКТ и реализацией нового способа введения в живой организм недостающих микроэлементов. Нелинейные математические модели нагрузки позволили получить новые данные о кинетике тока и напряжения на выходе генератора, соотношении в импульсном токе на границе анод-электролит емкостной и активной компонент, распределении тока по площади электродов и в объеме электролита. Проанализированы особенности функционирования АЭС ЖКТ с эндогенным электрофорезом ионов цинка» селена, молибдена, а также способы регуляции поступления микроэлементов в ЖКТ. Проведены исследования эффективности использования АЭС ХКТ с макроэлементами в нормализации сперматогенеза у хряков (АЭС с цинком), обмена веществ у бычков на откорме (АЭС с селеном и молибденом), нормализации биохимических показателей у больных сахарным диабетом (АЭС с цинком).

Основные научные положения, выносимые на зашиту:

1. Разработанные нелинейные модели нагрузки генератора электрических импульсов адекватно отражают электродные процессы и применимы для анализа функционирования АЭС ЖКТ в схемотехническом аспекте.

2. Доля емкостного тока на аноде АЭС базовой модели в 1 %

растворе соляной кислоты составляет около 63 % полного тока и зависит от внутреннего сопротивления генератора импульсов. Без учета поляризации электродов сопротивление нагрузки генератора пропорционально удельному сопротивлению электролита с коэффициентом 0.19 см"¹.

3. Неравномерность распределения тока по поверхности электродов АЭС базовой модели, обусловленная особенностями их формы и взаимного расположения, в рабочем диапазоне токов электростимуляции сглаживается из-за нелинейности поляризационной характеристики системы электрод-электролит.

4. Покрытие электродов АЭС ЖКТ из нержавеющей стали слоем цинка или селена не ухудшает его основных характеристик; доза микроэлемента - материала покрытия, введенного за время экспозиции АЭС в ЖКТ, - в.значительной степени определяется локальными токами, обусловленными нарушениями сплошности слоя.

5. АЭС ЖКТ с эндогенным электрофорезом микроэлемента цинка является эффективным средством нормализации половой функции у человека и сельскохозяйственных животных.

Практическая ценность. Модификации АЭС ЖТ с эндогенным электрофорезом микроэлементов расширяют функциональные возможности и, соответственно, область применения автономных электростимуляторов. По результатам исследований, проведенных в совхозе "Томский", годовой экономический эффект применения АЗС с цинком для нормализации сперматогенеза у 150 хряков в ценах 1992 года составил 2250000 рублей. Клинико-экспернментальные исследования свидетельствуют о возможности применения АЗС с эндогенным электрофорезом микроэлементов для лечения такого распространенного заболевания как сахарный диабет. Модели нелинейной нагрузки генератора импульсов электростимуляции удовлетворительно описывают экспериментальные данные и могут использоваться для разработки или оптимизации параметров АЭС ЖКТ с различными электродными материалами в схемотехническом аспекте.

Апробация результатов. Основные результаты работы обсуждались на научно-практической конференции "Новые методы диагностики и лечения заболеваний, медицинская техника", организованной в. рамках мероприятий международной выставки "Медфарм-93" (Новосибирск, 1993), 49-й научной сессии НТО РЗС им. А.С. Попова (Москва, 1994), Областной научно-практической конференции по технмчес-

ким наукам и высоким технологиям (Томск, 1995), 4-м Российско-Японском Международном медицинском симпозиуме (Иркутск, 1996).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ в научных изданиях, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, содержит 168 страниц текста (с приложениями и рисунками), 44 рисунка, список литературы (120 источников).