Научная статья на тему 'Устройства для экспериментальных исследований лазерофореза и электроионофореза'

Устройства для экспериментальных исследований лазерофореза и электроионофореза Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
203
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОИОНОФОРЕЗ / КАТАФОРЕЗ / АНАФОРЕЗ / ЛАЗЕРОФОРЕЗ / ELECTROIONOPHORESIS / CATAPHORESIS / ANAPHORESIS / LASER PHORESIS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Сазонов А.С., Хадарцев А.А., Беляева Е.А.

В работе изучены глубина и скорость проведения красящего вещества (метиленовой сини) через плотную органическую оболочку (яблочную кожуру) в глубжележащие слои. Использованы методы электроионофореза (анафореза, катафореза), лазерофореза (красным, зеленым светом), измерялось электрическое сопротивление биоматериала омметром. Использованы различные комбинации способов введения. Экспериментальная работа актуальна для разработки технологии транскутанного проведения лекарственных и биологически активных веществ в организм человека. Констатирована различная глубина проведения красящего вещества через плотную органическую оболочку, что зависело от типа используемых устройств электроионофореза (катафореза, анафореза), или лазерного воздействия (красным или зеленым светом), и от их сочетания между собой. Свободная диффузия красителя без использования технических устройств активации проведения обеспечивает в 10 раз меньшую проницаемость красителя вглубь.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVICES FOR EXPERIMENTAL RESEARCH OF LASER- AND ELECTROIONO PHORESIS

The research studied the depth and speed of the coloring substance (methylene blue) through the dense organic shell (apple peel) in the deeply lying layers. The used methods were electroionophoresis (anaphoresis, cataphoresis), laser phoresis (red, green), as well as the electrical resistance of the biomaterial ohmmeter and the different combinations of administration ways. Experimental work is relevant to the development of the technology of transcutaneous administration of drugs and biologically active substances in the human body. The authors noted the different depths of the coloring material through the dense organic shell, which depended on the type of devices electroionophoresis (cataphoresis, anaphoresis), or laser treatment (red or green), and their combination with each other. Free diffusion of the dye without the use of technical activation of devices delivers 10 times less dye penetration depth.

Текст научной работы на тему «Устройства для экспериментальных исследований лазерофореза и электроионофореза»

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 2 - P. 178-181

Раздел III

МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И РАЗРАБОТКА ЛЕЧЕБНО-ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

УДК: 612.014.421 DOI: 10.12737/20445

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛАЗЕРОФОРЕЗА И

ЭЛЕКТРОИОНОФОРЕЗА

А.С. САЗОНОВ, А.А. ХАДАРЦЕВ, Е.А. БЕЛЯЕВА

Тульский государственный университет, медицинский институт, ул. Болдина, 128, Тула, Россия, 300012

Аннотация. В работе изучены глубина и скорость проведения красящего вещества (метиленовой сини) через плотную органическую оболочку (яблочную кожуру) в глубжележащие слои. Использованы методы электроионофореза (анафореза, катафореза), лазерофореза (красным, зеленым светом), измерялось электрическое сопротивление биоматериала омметром. Использованы различные комбинации способов введения. Экспериментальная работа актуальна для разработки технологии транс-кутанного проведения лекарственных и биологически активных веществ в организм человека. Констатирована различная глубина проведения красящего вещества через плотную органическую оболочку, что зависело от типа используемых устройств - электроионофореза (катафореза, анафореза), или лазерного воздействия (красным или зеленым светом), и от их сочетания между собой. Свободная диффузия красителя без использования технических устройств активации проведения - обеспечивает в 10 раз меньшую проницаемость красителя вглубь.

Ключевые слова: электроионофорез, катафорез, анафорез, лазерофорез.

DEVICES FOR EXPERIMENTAL RESEARCH OF LASER- AND ELECTROIONO PHORESIS

A.S. SAZONOV, A.A. KHADARTSEV, E.A. BELYAEVA

Tula State University, Medical Institute

Abstract. The research studied the depth and speed of the coloring substance (methylene blue) through the dense organic shell (apple peel) in the deeply lying layers. The used methods were electroionophoresis (anaphoresis, cataphoresis), laser phoresis (red, green), as well as the electrical resistance of the biomaterial ohmmeter and the different combinations of administration ways. Experimental work is relevant to the development of the technology of transcutaneous administration of drugs and biologically active substances in the human body. The authors noted the different depths of the coloring material through the dense organic shell, which depended on the type of devices - electroionophoresis (cataphoresis, anaphoresis), or laser treatment (red or green), and their combination with each other. Free diffusion of the dye without the use of technical activation of devices delivers 10 times less dye penetration depth.

Key words: electroionophoresis, cataphoresis, anaphoresis, laser phoresis.

Введение. В зависимости от способа транспортировки частиц дисперсной фазы коллоидных или белковых растворов различают электроионофорез, лазерофорез, фонофорез и введение через кожу и слизистые лекарственных ионов электростатическим методом [1-5].

Электрическое сопротивление сухого неповрежденного участка кожных покровов явля-

ется величиной переменной зависящей от многих неконтролируемых факторов (толщина эпидермиса, потливость и др.) и находится в диапазоне от десятков Ом (О) до сотен килоом (кО). При электрофорезе лечебное вещество наносится на прокладки электродов и под действием электрического поля проникает в организм через кожные покровы. Повышение на-

10ШМАЬ ОБ ШШ МБЭТСАЬ ТБСНМОШСТББ - 2016 - V. 23, № 2 - Р. 178-181

пряжения на электродах вызывает пропорциональный рост протекающего тока. Наступает момент, когда пропорциональность нарушается, и незначительное приращение напряжения вызывает лавинообразное увеличение тока многократно превышающий ток деструкции. В тканях образуется ионный канал с сопротивлением несколько десятков О и временем рекомбинации канала несколько миллисекунд.

Стабилизация тока в фазе ионного пробоя довольно проблематична. Перспективным является предварительное формирование ионного канала с последующим дозированным переносом заряженных частиц лекарственного вещества. Это возможно импульсным лазерным излучением красного (ближнего) инфракрасного диапазона, или короткими, но мощными электрическими импульсами.

Проблемы трансдермального ввода лекарственных веществ, смесей и гелей методом классического электроионофореза постоянным током общеизвестны. Это низкий болевой порог, возникающий при определённой плотности тока. Просматриваются несколько путей существенного подъема болевого порога.

Одним из таких путей является изменение характеристик тока. Ток ионофореза должен характеризоваться постоянной составляющей, величина которой не должна превышать рекомендованные значения для электрофореза. Ток должен быть импульсным, длительностью меньше минимального времени реакции рецепторов на внешнее раздражение. Временной интервал между импульсами должен быть достаточным для релаксации клеток. Амплитудное значение импульсного тока ограничивается только порогом, при котором наступает разрушение клеток.

Другой путь - увеличить плотность тока охлаждением тканей (криофорез), или предварительно ввести методом электрофореза анестезирующие вещества.

Для проведения экспериментов на биологических объектах и набора статистических данных с целью определения оптимальных режимов диффузии испытуемого вещества были разработаны несколько макетных аппаратов серий «ЬР» (лазерный ионофорез) и «/Р» (электроимпульсный ионофорез) с широким набором функций и режимов ионофореза.

ЬР-01 - аппарат с программным управлением частотой лазерных импульсов (0.4-2 кГц) и плотностью мощности излучения (10-100%). Излучатели ЛТИ-120: длина волны излучения 890-920 нм, Р имп. - 10 Вт, Т ими. - 100 нс; По-

лярность импульсов: - положительная на канале анафореза и отрицательная на канале катафореза. Диапазон изменения импульсного напряжения 30-64 В.

ЬР-02 - многофункциональный аппарат, способный выполнять следующие функции: лазерный ионофорез; амплипульсотерапию, нейро- и миостимуляцию; ионизацию лекарственных веществ, смесей и гелей аэроионами.

/Р-01 - аппарат анафореза с программно-управляемой частотой следования импульсов ионизации и стабилизации постоянного тока при электрофорезе. Установка комфортной величины тока - по субъективным ощущениям.

/Р-02 - аппарат катафореза с программно-управляемой частотой следования импульсов ионизации и стабилизации постоянного тока электрофореза. Установка комфортной величины тока - по субъективным ощущениям.

/Р-03 - обеспечивает широтно-импульсную модуляцию импульсов ионофореза и возможностью переключения режимов работы с «анафореза» на «катафорез».

/Р-04 - аппарат с возможностью изменения в широком диапазоне длительности импульсов ионофореза и регулировки тока балластным сопротивлением на ручке излучателя.

/Р-05 - аппарат с раздельным управлением амплитудного значения импульсного тока и постоянной составляющей электрофореза.

/Р-06 - аппарат с возможностью регулировки амплитудного значения биполярных импульсов ионофореза. Предназначен для ионо-фореза веществ со свободными ионами как положительной так и отрицательной полярности (например - бишофита).

Цель работы - установить глубину проникновения (при свободной диффузии, лазерофорезе и ионофорезе) метиленовой сини СгбИ24С1КзОзБ в растительную органическую среду.

Объекты и методы исследования. Эксперименты проводились с применением аппаратов ЬР-02 и /Р-03. Для изучения глубины проникновения красителя (метиленовой сини СиШСШзОзБ при свободной диффузии, лазеро-форезе и электроионофорезе) - использовалась органическая растительная среда (зимние сорта яблок). Осуществлялся фото- и видеоконтроль результатов, измерение электрического сопротивления органической среды омметром.

Результаты и их обсуждение. При диффузии через поверхность, плотность которой превышает плотность сердцевины в 30-40 раз, электрическом сопротивлении переходного барьера

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 2 - P. 178-181

1,0-1,6 мОм - средняя глубина проникновения составила 0,2-0,3 мм за 20 минут (рис. 1).

При диффузии в рыхлой сердцевине, электрическом сопротивлении участка 25-30 кОм -средняя глубина проникновения увеличилась до 1,5-1,8 мм за 20 минут.

Рис. 1. Диффузия через поверхность, плотность которой превышает плотность сердцевины в 30-40 раз, с электрическим сопротивлении переходного барьера 1.0-1.6 мОм

При электрофорезе (катафорезе) через поверхность с электрическим сопротивлением переходного барьера 25-30 кОм (рис. 2), -средняя глубина проникновения составила 2,02.5 мм за 20 минут.

средняя глубина проникновения равнялась 1012 мм за 20 минут.

Рис. 4. Импульсный анафорез, без постоянной составляющей, при электрическом сопротивлении переходного барьера 3-5 кОм

Рис. 5. Импульсный катафорез, ввод без постоянной составляющей, при электрическом сопротивлении переходного барьера 3-5 кОм

При проведении электроионофореза с постоянной составляющей и ионизацией зеленым полупроводниковым лазером 535 нм, электрическом сопротивлении переходного барьера 45 кОм - средняя глубина проникновения 1516 мм за 20 минут.

Рис. 2. Катафорез через поверхность с электрическим сопротивлением переходного барьера 25-30 кОм

При проведении электрофореза (анафореза) в среде с электрическим сопротивлением переходного барьера 20-25 кОм (рис. 3) - средняя глубина проникновения равнялась 5,0-6,5 мм за 20 минут.

При импульсном анафорезе, без постоянной составляющей, электрическом сопротивлении переходного барьера 3-5 кОм (рис. 4) - средняя глубина проникновения составила 3-4,5 мм за 20 минут.

Рис. 3. Анафорез в среде с электрическим сопротивлением переходного барьера 20-25 кОм

При импульсном катафорезе, вводе без постоянной составляющей, при электрическом сопротивлении переходного барьера 3-5 кОм -

Рис. 6. Электроионофорез с постоянной составляющей и ионизацией зеленым полупроводниковым лазером 535 нм, при электрическом сопротивлении переходного барьера 4-5 кОм

При электроионофорезе с постоянной составляющей и ионизацией красным полупроводниковым лазером 535 нм, электрическом сопротивлении переходного барьера 3,5-4 кОм - средняя глубина проникновения 18-20 мм за 20 минут.

Рис. 7. Электроионофорез с постоянной составляющей и ионизацией красным полупроводниковым лазером 535 нм, при электрическом сопротивлении переходного барьера 3,5-4 кОм

Электроионофорез с постоянной составляющей и одновременной ионизацией красным полупроводниковым лазером 890 нм и электрическими импульсами при электрическом сопро-

ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2016 - Т. 23, № 2 - С. 178-181 JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 2 - P. 178-181

тивлении переходного барьера 3,5-4 кОм -средняя глубина проникновения составила 1820 мм за 20 минут.

Рис. 8. Электроионофорез с постоянной составляющей и одновременной ионизацией красным полупроводниковым лазером 890 нм и электрическими импульсами при электрическом сопротивлении переходного барьера 3,5-4 кОм

Рис.9. Электроионофорез с постоянной составляющей и одновременной ионизацией зелёным полупроводниковым лазером 535 нм и электрическими импульсами, при электрическом сопротивлении переходного барьера 3,5-4 кОм

Электроионофорез с постоянной составляющей и одновременной ионизацией зелёным полупроводниковым лазером 535 нм и электрическими импульсами, при электрическом сопротивлении переходного барьера 3,5-4 кОм -средняя глубина проникновения достигала до

Литература

1. Андреева Ю.В., Хадарцев А.А. Изменения гемодинамики у больных сахарным диабетом II типа при лазерофорезе янтарной кислотой // Терапевт. 2012. № 6.С. 18-21.

2. Григорьев А.И., Хадарцев А.А., Фудин Н.А., Виноградова О.Л. Электролазерная миостимуляция и лазеро-форез биологически активных веществ в спорте: методическое пособие. 2-е изд. Испр. и доп. Тула: ООО РИФ «ИНФРА», 2006. 16 с.

3. Карташова Н.М., Кидалов В.Н., Филатова И.В., Хадарцев А.А., Митрофанов И.В. Лазерофорез биологически активных веществ и электромиостимуляция в восстановительной медицине при спортивных травмах // Актуальные вопросы восстановительной медицины. 2005. № 1. С. 24-27.

4. Купеев В.Г., Хадарцев А.А., Троицкая Е.А. Технология фитолазерофореза. Тула: Изд-во «Тульский полиграфист», 2001. 120 с.

5. Хадарцев А. А., Купеев В.Г., Олейникова М.М., Борисова О.Н., Наумова Э.М. Коронатера в сочетании с лазерофо-резом фитомеланина при стенокардии напряжения // Вестник новых медицинских технологий. 2012. № 1. С. 92-95.

20-25 мм за 20 минут.

Величина тока электроионофореза в биологических тканях зависит от многих неконтролируемых факторов и, следовательно, является непредсказуемой величиной. Закон изменения тока от приложенного напряжения до определенного значения имеет линейный характер, но с приближением к порогу ионизации биологических тканей приобретает стохастический нелинейный характер, что делает невозможным предсказание величины тока при изменении напряжения. Субкороткие импульсные токи с плотностью на порядок превышающие плотность тока возникновения ионизации решают проблему образования стабильного канала транспортировки лекарственных веществ в глубину тканей.

Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о различной глубине проникновения красящего вещества (метиленовой сини) через плотную органическую оболочку, что зависит от типа используемых устройств - для электроионофореза (катафореза, анафореза) и для лазерного воздействия (красным или зеленым светом), от их сочетания между собой. Свободная диффузия красителя без использования технических устройств проведения - обеспечивает в 10 раз меньшую проницаемость красителя вглубь.

References

Andreeva YuV, Khadartsev AA. Izmeneniya gemodina-miki u bol'nykh sakharnym diabetom II tipa pri lazeroforeze yantarnoy kislotoy. Terapevt. 2012;6:18-21. Russian.

Grigor'ev AI, Khadartsev AA, Fudin NA, Vinogradova OL. Elektrolazernaya miostimulyatsiya i lazero-forez biologicheski aktivnykh veshchestv v sporte: metodi-cheskoe posobie. 2-e izd. Ispr. i dop. Tula: OOO RIF «INFRA»; 2006. Russian.

Kartashova NM, Kidalov VN, Filatova IV, Khadartsev AA, Mitrofanov IV. Lazeroforez biologicheski aktiv-nykh veshchestv i elektromiostimulyatsiya v vosstano-vitel'noy meditsine pri sportivnykh travmakh. Aktual'nye voprosy vosstanovitel'noy meditsiny. 2005;1:24-7. Russian.

Kupeev VG, Khadartsev AA, Troitskaya EA. Tekhnolo-giya fitolazeroforeza. Tula: Izd-vo «Tul'skiy poligraf-ist»; 2001. Russian.

Khadartsev AA, Kupeev VG, Oleynikova MM, Boriso-va ON, Naumova EM. Koronatera v sochetanii s lazerofore-zom fitomelanina pri stenokardii napryazheniya. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2012;1:92-5. Russian.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.