Биологические эффекты импульсного электротока по данным лабораторных испытаний электрошоковых устройств

Адрес: 123182, Москва, ул. Живописная, д. 46.

Тел.: 8 (499) 1909532,

ческого тока) согласно требованиям, определяемым федеральным органом исполнительной власти в области здравоохранения. Исследования по обоснованию требований к безопасности, последующие испытания позволили сформировать базу данных экспериментальных результатов о биологических эффектах импульсного электротока, сделать обобщения о характере и направленности развития био-

Сравнительная балльная оценка визуально изучаемых, клинически значимых реакций на анализируемые воздействия

Модель Балльная оценка реакции на воздействие после воздействия (в течение 5 минут) Суммарная оценка Яна 4Д-К.111 11 1 12 Катран 11 4 15 Мальвина 200 11 6 17 Мальвина 250 8 3 11 Каракурт А 10 6 16 Тандер-01-323 8 3 11 ЭШУ АЭП-0 5 1 6 Яна-13 3 1 4 УЗЭ-007–332 «Скат» 2 1 3 Протектор 1–01 7 1 8 Протектор 2–02 8 1 9 ЭШУ 01ф 212 3 1 4 УМА-2 5 1,3 9 эффектов экспериментального биообъекта в условиях, эквивалентных нелетальному воздействию.

Материал и методы. В качестве экспериментального биообъекта использован кролик, что обусловлено следующим теоретическим обоснованием. Данные научной литературы о влиянии электрического тока на организм человека и законы сравнительной физиологии позволяют как качественную модель реакции человека на импульс тока ЭШУ рассматривать соответствующую реакцию позвоночного животного. Это может быть как крыса, так и кролик, свинья и т.д. [1, 2]. Возможная модификация эффекта у человека по сравнению с экспериментальными животными может быть представлена различными путями: расчетным, экспериментальным, с участием испытателей-добровольцев. Возможная опасность для испытателей целиком определяется реакцией животного и тем, что изучаемые образцы ЭШУ по характеристике тока не должны выходить за рамки существующих предельно допустимых уровней для электрического тока. Таким образом, использование именно кролика в процедуре медико-биологического испытания определяется исключительно удобством работы, а также большим опытом и массивом данных, полученных на кролике в ранние исследования [1]. Проведение испытаний производится под наблюдением комиссии по биоэтике и с соблюдением правил работы с экспериментальными животными.

Условия воздействия определялись техническими характеристиками ЭШУ:

напряжение холостого хода 2–75 кВ;

действующее напряжение в импульсе 200–25000 В;

действующее значение тока в импульсе 0,009– 0,12 А;

частота повторения импульсов 1–1600 Гц; коэффициент формы импульса 0,12–1,0; длительность импульса 0,6×10–6–7,0×10-3с; общая энергия импульсов за секунду 0,1–3,6 Дж. Продолжительность воздействия 3 с. ЭШУ генерировали как однополярные, так и разнополярные импульсы. Расстояние между электродами не превышало 4,0 см. По конструктивным особенностям это были электрошоковые дубинки или ручные электроразрядники. Процедура экспериментального исследования полностью стандартизирована [3].

Методы контроля состояния биообъекта до, во время и после воздействия электротока соответствовали теоретическим представлениям о характере реакции на импульсный электроток. Клинические наблюдения за опытными проводились в динамике: до воздействия, в момент воздействия и в течение первых пяти минут после воздействия. Отмечали наличие, характер и длительность судорожных реакций; нарушения в двигательной активности; вокализацию и другие эмоциональные особенности.

До и после воздействия электротока оценка состояния организма животных проводилась инструментальными методами с использованием компьютерного аппаратно-программного электрофизиологического комплекса. Были исследованы: система внешнего дыхания (на пневмограмме анализировали период и амплитуду дыхательных движений); сердечно-сосудистая система (на кардиограмме определяли среднюю величину RR интервалов и частоту сердечных сокращений).

Результаты. Полученные результаты позволили представить основную характеристику клинически значимых изменений на каждую из исследуемых моделей ЭШУ (таблица).

Основные эффекты электрического тока, использованные для переноса результатов теста на человека, — это кратковременные изменения в состоянии организма, имеющие судорожную природу происхождения и типичные для электрошокового воздействия. Они отмечались, главным образом, во время действия электрошокового устройства (0,25–3 с), сопровождались болевой реакцией, изменениями дыхания и частоты сердечных сокращений (ЧСС). Изменения дыхания и ЧСС сохранялось не более 5 мин после воздействия. В редких случаях регистрировали более выраженный ответ с кратковременной потерей сознания, грубым нарушением дыхания. При наличии таких проявлений выносился запрет на возможное применение ЭШУ. В основном реакция животно-

Частота следования импульсов, Гц

Зависимость биологической эффективности, приведенной к энергии разряда в импульсе от частоты го выражалась в наличии тонических, клонических или смешанных судорог, проявляющихся в мышцах по ходу электрического тока и в такт с его импульсами. Этот главный компонент биоэффекта ЭШУ (как и сопутствующие изменения в дыхании и ЧСС) был строго постоянным у всех животных в группе на одно и то же конкретное воздействие. Различным могло быть только болевое сопровождение, которое выражалось криком животного различной длительности (≤1 с ÷ 1 мин).

Главная особенность сильного и очень сильного типов реакций — обязательное развитие последействия в виде судорог, диспноэ (нарушение дыхания), нарушение сердечной деятельности. Необходимо отметить, что в этих случаях по сравнению с исходным фоном в период воздействия и непосредственно после него регистрируется сильная двигательная реакция в виде клонических судорог.

Расстройства дыхания (диспноэ) в период воздействия высоковольтного импульса характеризовались изменением частоты и амплитуды. В некоторых случаях сразу после воздействия наблюдалось кратковременное апноэ и в последующем хаотичный ритм дыхания.

Анализ ЭКГ свидетельствует в основной массе случаев об угнетении структур мозга, регулирующих вегетативные функции в организме, что выражается сразу после воздействия в снижении вольтажа зубцов ЭКГ, брадикардии, в отдельных случаях в синусовой аритмии, переходящих в тахикардию.

Обсуждение. Приведенные выше функциональные изменения систем организма, происходящие под воздействием импульсного тока ЭШУ, важны для его жизнедеятельности. Однако ни одно из них в отдельности не может быть нормируемой величиной для реакции организма на действие ЭШУ. Для наиболее объективной оценки реакции должна быть использована полипараметрическая зависимость. Наиболее приемлемой в этом случае может быть балльная оценка биоэффекта, которая широко применяется в физической и клинической практике для количественной характеристики полипараметрической реакции. В основе данного подхода лежит значимость изменения каждого отдельного показателя для жизнедеятельности организма. Использование балльной оценки позволило сравнить эффективность различных образцов ЭШУ, увидеть зависимость реакции от частоты повторения импульсов и экспозиции и ее полипараметрический характер [4].

Клиническое значение предложенной балльной системы оценки эффективности выходных параметров ЭШУ можно классифицировать как различную степень тяжести ответной реакции физиологических систем животного на воздействие. В связи с этим можно различить несколько типов реакций — от слабой до очень сильной: очень слабая (1–2 балла); слабая (3–4 балла); средняя (5–7 баллов); сильная (8–15 баллов); очень сильная (16 баллов и выше).

Балльный подход позволил представлять интегральную оценку биологической реакции объекта на импульсный электрический ток различных образцов ЭШУ (пример применительно к конкретным образцам приведен в таблице).

Балльная оценка реакции фактически характеризует показатель эффективности высоковольтного импульса, данные этой оценки и технические характеристики ЭШУ позволяют построить частотную зависимость при соотнесении балльной оценки на единицу энергии в импульсе (рисунок).

Из графика, представленного на рисунке, видно, что увеличение частоты следования импульсов ведет к постепенному увеличению биологической эффективности на единицу вложенной энергии. При этом возможны проявления частотных окон, где эффективность резко возрастает. Определение таких частотных окон следует считать перспективным направлением дальнейших исследований с точки зрения уменьшения энергетических затрат вновь разрабатываемых электрошоковых устройств.

Заключение. Таким образом, биологическая эффективность ЭШУ зависит от комплекса параметров воздействия: напряжения на электродах, силы тока, длительности импульса, частоты повторения импульсов, длительности воздействия, места приложения электродов, а также от психоэмоционального состояния объекта воздействия.