Еще в начале 1960-х гг. биофизики в Японии показали, что костная ткань обладает пьезоэлектрическими свойствами, т.е. при механических нагрузках в костях появляются слабые электрические токи.
Во многих странах начались исследования этого эффекта, и вскоре было установлено, что эти токи необходимы для поддержания нормального физиологического состояния кости: при отсутствии переменных нагрузок и соответствующих им переменных токов меняется активность клеток кости. Активность остеокластов, ответственных за разрушение (резорбцию) кости, растет, а активность остеобластов, ответственных за построение (оссификацию) кости, падает. Это явление было использовано в работах профессора Илизарова – чем раньше после перелома нагрузить кость, тем быстрее и лучше она срастается.
Изучением пьезоэлектрических токов и образуемых ими полей заинтересовался выпускник МФТИ Сергей Щукин. Совместно с биологами он разработал аппаратуру для их регистрации и изучил механизм появления токов в костях. Еще во время учебы он показал, что в трубчатых костях человека и животных имеются собственные напряжения даже в состоянии полного покоя: внутренние слои костей сжаты, внешние растянуты, при этом напряженные зоны увеличивают прочность кости.
Если кость сломана, напряженное состояние исчезает, пьезоэффект в кости не возникает, токов нет. Очевидно, что при этом изменяется баланс активностей остеокластов и остеобластов. Значит надо подать на кость токи, соответствующие ее здоровому состоянию, чтобы этот баланс восстановить, и тогда можно надеяться, что кость срастется быстрее.
С помощью разработанной и запатентованной специальной аппаратуры «Каскад» на поврежденные места кости подавались токи, параметры которых подбирались в зависимости от возраста, состояния здоровья и других особенностей пациента. Многим это помогало, и кости срастались быстрее обычного. Но так было далеко не во всех случаях.
При дальнейших исследованиях выяснилось, что электрические поля возникают не в кости, а в сосудах, пронизывающих ее. В модернизированном аппарате «Каскад-синхро» специальные инфракрасные датчики, связанные с компьютерной системой обратной связи, накладываются на кожу пациента (никаких надрезов и проколов не требуется). Аппарат автоматически подстраивается под индивидуальные особенности организма пациента, создавая токи необходимой формы, силы и частоты. Это усиливает лечебный эффект, ускоряет выздоровление, часто позволяет отказаться от болезненных операций, без которых ранее обойтись не могли.
В ряде клиник России проверили возможности аппаратуры, для лечения сердечно-сосудистой системы. «Каскад-синхро» заметно повысил эффективность лечения многих сосудистых заболеваний, ишемической болезни сердца, ускорял выздоровление после инфарктов.
Так плодотворное сотрудничество биологов и физиков привело к разработке нового класса терапевтической аппаратуры и взаимно обогатило обе науки.
От редакции. В середине 1960-х гг. пьезоэлектрическим эффектом в костной ткани занимались ученые МГУ им. М.В. Ломоносова д.ф.-м.н. Г.Н. Зацепина и к.ф.-м.н. С.В. Тульский. Их интересовала, в частности, проблема недостаточных физических нагрузок у космонавтов во время полетов. Тогда же были разработаны и первые электрические стимуляторы костной ткани. Вскоре, однако, выяснилось, что пьезоэлектрические эффекты – лишь малая часть общей системы электрической регуляции физиологических функций организма. В результате исследований в начале 1970-х гг. был создан новый стимулятор, который прошел испытания в Центральном институте травматологии и ортопедии. Он оказался эффективным даже при несрастающихся переломах и таких неизлечимых заболеваниях, как спонтанное рассасывание кости. С его помощью были спасены жизни более 120 неизлечимо больных. При небольших модификациях этот стимулятор оказался эффективным при лечении пародонтоза, некоторых патологий глаз и других заболеваний. Стимулятор давно описан в открытой научной печати и не защищен патентами, так что любой человек с некоторыми навыками в радиотехнике может его собрать и использовать, благо никакого вреда организму это принести не может.
Биосфера
Остеопат Гуричев Арсений Александрович
Кости. От мистики до анатомии
Анатомо-гистологическое строение кости представлено межклеточным веществом, продуктом остеобластов, и расположенным в нём клеток: остеоцитов и остеокластов. Остеоциты подобны остеобластам, но слабо функционируют, зато имеют отростки, что создаёт условия для циркуляции жидкости. Остеокласты отличаются от остеоцитов и остеобластов по форме, структуре и функции – на них возложена резорбция костного вещества.
Читайте также: Роллеты из ткани своими руками
В межклеточном веществе принято различать органический и неорганический матрикс. Органический матрикс состоит из основного вещества в виде белково-полисахаридных комплексов и фибриллярных структур – коллагена.Неорганический матрикс представлен в основном гидроксиапатитом. Кроме гидроксиапатита в составе неорганического матрикса содержится трикальцийфосфат и карбонат-аппатит.
Кость можно рассмотреть как среду с 5 уровнями (Кнетс И.В., 1971 и др.):
1 уровень. Молекула коллагена толщиной 2 нанометра. Она состоит из 3 спиральных цепочек. По некоторым данным молекула тропоколлагена имеет связь с неорганическими кристаллами, по другим – нет.
2 уровень. Микрофибриллы коллагена, образованные по одним данным пятью молекулами тропоколлагена, по другим – семью. Микрофибриллы содержат кристаллы. Эта такая волосинка толщиной 100 нанометров на которой со всех сторон налипли гексагонально-дипирамидальной формы кристаллы длиной около 225, толщиной около 10 нанонометров.
Вроде они – кристаллы – маленькие, но в 1 грамме кости общая площадь кристаллов гидроксиапатита составляет порядка 250 квадратных метров, а для всей костной ткани скелета – около 2 квадратных километров.
3 уровень. Микрокристаллы связанные с микрофибриллами образуют соединения в продольном и поперечном направлении, что создаёт армирующую конструкцию.
4 уровень. Ламеллы – тонкие пластинки, первичный элемент кости, состоящий из коллагено-минеральных веществ, скреплённых вяжущим веществом.
5 уровень. Остеон (гаверсова система) – структурная единица костной ткани. Гаверсова система состоит из вставленных один в другой 5 — 20 ламелл, имеющих здесь цилиндрическую форму. Они ограничивают центральный – гаверсов — канал. Коллагеновые волокна смежных пластин расположены под углом друг к другу. В канале проходят кровеносные сосуды и нервы; каналы соединяются друг с другом радиальными каналами, этим же осуществляется и связь с сосудами надкостницы и костным мозгом.
Учитывая строение костной ткани её рассматривают как композитное вещество (Кортен Х.Т., 1976, Розен Б.У. Дау Н.Ф, 1976) и этим объясняются её прочностные свойства.
Но надо учесть, что большинство работ рассматривает мёртвую кость… Как и вся наша анатомия – это анатомия трупа, а не человека. Физические свойства живой кости отличаются от свойств кости без надкостницы, кости — без жидкостного компонента. Экспериментально установлено, что модуль упругости влажной, но уже мёртвой кости на 60% ниже, чем высушенной.
Установлены и другие процессы в кости: вот пьезоэлектрический эффект – поляризация под действием механических напряжений – сжатий-растяжений; в костях имеется электрический ток, самой костью же и вырабатываемый. Видимо, китайцы предполагали это, говоря о том, что энергия идёт по костям и сухожилиям.
Можно сказать, что это не удивительно, и что пьезоэлектрический эффект есть во всех кристаллах, но… пьезоэффект может наблюдаться лишь у диэлектрических кристаллов, принадлежащих только к одному из 20 классов точечных групп (Кристаллографическая точечная группа симметрии — это точечная группа симметрии, которая описывает макросимметрию кристалла). В остальных кристаллах происходит не пьезоэлектрический эффект, а электрострикция.
Сложное пространственное строение костной ткани, исключительно рациональная архитектоника кости регулируется деятельностью живой материи – костных клеток: остеобластов, остеокластов, остеоцитов. Этим сложным живым процессом управляют механизмы до конца не понятые учёными.
Евнапий из Сард – поздний софист (ок. 345 – 420) отмечал в «Исторических записках», что монахи после разрушения храма бога Сераписа в Александрии собирали кости и поклонялись им. В египетском городе Себенните хранили две кости Озириса, закинутые туда Сетом.
Древнегреческий философ и поэт Эмпедокл (ок. 490 – 430 до н.э) предполагал, что кость состоит из двух частей воды, двух частей земли и четырёх частей огня. Эмпедокл считал, что кости хранят в себе творческую энергию Природы.
Библейские воззрения на кость: «зависть – гниль для костей» (Притч.,14,30), «унылый дух сушит кости» (Притч.,17,22), «нет мира в костях моих от грехов моих» (Пс. 37,4), «обветшали кости мои от вседневного стенания моего» (Пс., 31,3)…
Читайте также: Кружева с тканью в одежде
В апокрифических «Деяниях Иуды Фомы» царь Маздай говорит: «Я пойду открою гробницу Иуды и возьму одну кость… и повешу её на сына моего, и он исцелится».
Исцеление через кость
“Деяния Фомы” — это апокриф, то есть книга не входящая в Канон (Деяния Иуды Фомы. Мещерская Е.Н. Наука. М.,1990г). Хотя на иврите Фома не “Иуда” а “Иегуда” (Тома Иегуда)… Фому именовали также и “Близнец”, но есть версия толкователя Библии Лопухина о более точном переводе еврейского слова не как “Близнец”, а как “ человек двоящейся природы”.
Сирийский текст “Деяний Фомы” хранится в британском музее, в составе очень интересного сборника древней литературы, содержащего, кроме того, «Мученичество Шарбиля и сестры его Бабай», «Мученичество Хабиба-дьякона», «Мученичество Симеона бар Саббайе», «Мученичество Софии и трех её дочерей» и др.
Апостол Фома — это тот самый “Фома неверующий” — один из апостолов Иисуса Христа, который не поверил в Воскресение и которому было предоставлено доказательство… Апостол Фома проповедовал в Индии, где и был казнён правителем индийского города Мелиапора Маздаем (Царём Маздаем). Мощи апостола Фомы пребывали в Индии, откуда были вывезены на Запад. Сейчас они находятся в Базилике Святого Фомы (Basilica Concattedrale di San Tommaso Apostolo) в Ортоне, Италия.
После казни Фомы один из сыновей Маздая заболел — “стал одержим демоном”. Тогда Маздай подумал: «Я пойду и открою гробницу Иуды (Прим: Иегуды, то есть Фомы), и возьму одну кость из костей его, апостола Бога, и повешу ее на сына моего, и он исцелится». Тогда апостол Фома явился к нему во сне и сказал: “В живого ты не уверовал, и вот в мертвого ты хочешь уверовать? Но не бойся, будет милосерден к тебе Господь мой Христос…”. Но, к тому времени мощи апостола уже были украдены одним из братьев Царя Маздая и увезены “на Запад”.
Тогда Маздай, уверовавший в Христа, взял прах с места гробницы Фомы и, со словами: “Верую я в Тебя, Господь мой Иисус, теперь, дабы покинул меня тот, кто всегда беспокоит людей, дабы не видели они свет ” посыпал прахом своего больного сына. “И когда он посыпал на сына своего и уверовал, он исцелился; и он соединился с братьями…”.
Экспериментальная оценка влияния радиальной ударно-волновой терапии на формирование пьезоэлектрических потенциалов в костной ткани.
СПб ГБУЗ Восстановительный центр детской травматологии и ортопедии «Огонек»
Резюме
Обоснование: Механизмы действия ударных волн связаны с различными биологическими реакциями, в том числе «механотрансдукцией». Костная ткань под действием механической нагрузки способна генерировать пьезоэлектрические заряды, которые могут быть управляющими сигналами для ремоделирования структуры кости. В современной литературе отсутствуют работы посвященные взаимосвязи действия ударных волн на возникновения пьезоэлектрических разрядов в кости, что и послужило основанием для проведения исследования. Цель: качественно оценить влияние ударно-волной терапии (УВТ) на формирование пьезоэлектрических потенциалов в костной ткани. Материалы и методы: Материалом для исследования выбраны нативные бедренные и большеберцовые кости свиней. Макропрепараты были освобождены от мягких тканей, и сформированы однотипные костные фрагменты длиной 8-10 см, состоящие из участка диафиза, метаэпифиза и эпифиза, а также из двух костей объединенных суставной капсулой (бедренная и большеберцовая кости). Противоположные концы испытуемых макропрепаратов кости были подключены к входу аналого-цифрового преобразователя электрокардиографа. Электрических сигнал с кости регистрировался во временном режиме записи ЭКГ. Регистрация сигналов выполнялась на нескольких участках костной ткани на различном удалении от точки приложения ударной волны. В качестве источника ударно-волнового воздействия использован аппарат Storz Medical, MASTERPULS 200. Характеристики импульса: радиальный, аппликатор диаметром 15 мм, 1 Герц, давление до 5 бар. Ударное воздействие было приложено к кости в зону диафиза, метафиза и эпифиза. Также оценили изменения амплитуды электрических пъезозарядов при помещении между препаратом кости и аппликатором ЭУВТ мышц и сухожильной ткани. Результаты: Воздействии радиальной ударной волной на препарат кости вызывало пьезоэлектрические импульсы в ней. Величина пьезоэлектрических разрядов зависела от акустической (минеральной) плотности кости и энергии ударно-воздействия воздействия на кость. Максимальный пьезоэлектрических разряд возникал в диафизе кости в точке наиболее приближенной к излучателю (до 45 мВ). Пьезоэлектрические сигналы различной интенсивности регистрировались в пределах препарата целостной кости на удалении от зоны приложения ударной волны на притяжении до 5 см. Заряды не регистрировались в смежной с исследуемой костью (связанных через общую суставную капсулу). Пьезоэлектрический импульс быстро затухал при помещении мышц или сухожильной ткани между излучателем ударно-волнового аппарата и костью, а также при направлении излучателя УВТ не перпендикулярно к поверхности кости. Пьезоэлектрический сигнал не регистрировался при воздействии ударно-волной на область сухожилия. Заключение: Ударно-волновое воздействие на кость вызывает пьезоэлектрические эффекты в ней. Ударная волна является физиотерапевтическим фактором, поведение которого в теле человека можно упрощенно описать законами распространения акустических волн в средах. Модель «ударная волна-кость-пьезоэлектрических заряд» может использоваться для моделирования и предварительной оценки воздействия УВТ.
Читайте также: Искусственный велюр ткань для мебели
Ключевые слова
ударно-волновая терапия, пьезоэлектрический эффект, костная ткань, остеорепарация, механотрансдукция.
(статья в формате PDF. Для просмотра необходим Adobe Acrobat Reader)
открыть статью в новом окне
1. Shock wave as biological therapeutic tool: From mechanical stimulation to recovery and healing, through mechanotransduction / d’Agostino MC, Craig K, Tibalt E, Respizzi S.// Int J Surg. — 2015. — Vol. 24, Pt B. — Р.147-53. doi: 10.1016/j.ijsu.2015.11.030
2. The bone defect healing under the influence of radial extracorporeal shock-wave therapy in experiment/ Gertsen GI, Se-Fey, Ostapchuk RM, Lesovoy AV, Zherebchuk VV. //Klin Khir. — 2016. — Vol. 3. — P. 54-7. Russian.
3. Biological effects of extracorporeal shockwave in bone healing: a study in rabbits/ Wang CJ, Wang FS, Yang KD. // Arch Orthop Trauma Surg. — 2008. — Vol. 128, 8. — P.879-84. doi: 10.1007/s00402-008-0663-1
4. Impact of radial shock-wave therapy of a low frequency on metabolic processes in the bone tissue in traumatic tibial defects in experiment / Magomedov AM, Gertsen GI, Fey S, Kuzub TA, Krinitskaya OF.// Klin Khir. — 2016. — Vol. 4. — P. 64-6. Russian.
5. High energy focused shock wave therapy accelerates bone healing. A blinded, prospective, randomized canine clinical trial /Kieves NR, MacKay CS, Adducci K, Rao S, Goh C, Palmer RH, Duerr FM.// Vet Comp Orthop Traumatol. — 2015. — Vol.28, 6 — P. 425-32. doi: 10.3415/VCOT-15-05-0084
6. Historical ESWT Paradigms Are Overcome: A Narrative Review / Heinz Lohrer, Tanja Nauck, Vasileios Korakakis and Nikos Malliaropoulos/ BioMed Research International — 2016. — Article ID 3850461 — 7 pages. doi.org/10.1155/2016/3850461
7. Fukada E., On the Piezoelectric Effect of Bone/ Fukada E., Yasuda I. // J. Phys. Soc. Japan — 1957. — vol. 12. — P. 1l58-1162.
8. Yasuda I. Dynamic callus and electric callus / Yasuda I., Noguchi K., Sata T. // J. Bone Joint Surg. — 1955. — vol. 37A — P.1292-1293.
9. Andrew C., Bassett L., Robert O. Becker. Generation of Electric Potentials by Bone in Response to Mechanical Stress.// Science. — 1962. — Vol. 137. — Issue 3535 — P. 1063-1064. doi: 10.1126/science.137.3535.1063
10. Shamos MH., and Lavine LS. Physical bases for bioelectric effects in mineralized tissues.// Clin Orthop Relat Res. -1964. — Vol.35. — P.177-88.
11. Возможные механизмы влияния электретных эффектов костей на остеогенез у детей и подростков / Василевич С.В., Арсеньев А.В., Дудин М.Г., Хомутов В.П., Комлев А.Е. В сборнике: VIII Международный конгресс «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» Научные труды Конгресса — 2018. — С. 165-166.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом