EA030491B1

EA030491B1 - Способ подавления роста опухоли и система для осуществления способа

Info

Publication number: EA030491B1
Application number: EA201400886A
Authority: EA
Inventors: Сергей Владимирович ПЛЕТНЕВ; Сергей Геннадьевич ВИНОГРАДОВ
Original assignee: Сергей Владимирович ПЛЕТНЕВ; Сергей Геннадьевич ВИНОГРАДОВ
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2018-08-31
Also published as: EA201400886A1

Abstract

Изобретение относится к методам и системам физиотерапевтического воздействия на живые организмы. Способ подавления роста опухоли включает комбинированное воздействие на опухоль пакетами импульсов ультразвукового излучения и низкочастотного импульсного магнитного поля и их взаимную концентрацию в области нахождения опухоли. Предлагается также система для осуществления вышеуказанного способа.

Description

030491 B1

030491

Изобретение относится к методам и системам физиотерапевтического воздействия на живые организмы и, в частности, может быть использовано в медицинской технике.

Известны разнообразные методы неинвазивного физического воздействия на биологические ткани и живые организмы с помощью физических полей. Наилучшей проникающей способностью и возможностями локализации воздействия обладают акустические и магнитные поля.

Среди методов и систем магнитотерапии наибольшей эффективностью обладают методы и системы, использующие низкочастотную импульсную магнитотерапию, например патенты EA 000494 и EA 000494.

Исследования в области воздействия низкочастотного импульсного магнитного поля на биологические объекты также известны в литературе и в практическом и клиническом применении. [Плетнев А.С. Низкочастотная импульсная магнитотерапия, Минск, 2009].

Основными факторами воздействия низкочастотного импульсного магнитного поля на биологические объекты являются:

электромагнитное воздействие на ионы, ионные комплексы и электронные оболочки атомов и молекул;

воздействие на дипольные комплексы; воздействие на магнитные моменты атомов и молекул;

изменение физических свойств жидкостей (вязкость, проницаемость, импеданс и т.п.); воздействие на ферро- и парамагнитные комплексы в биоструктурах; активация биохимических процессов.

Преимущества использования низкочастотного импульсного магнитного поля на биологические объекты:

широкий спектр воздействующих факторов на все биологические структуры, молекулярные и атомарные структуры;

высокая степень регулирования и направленности воздействия; возможности концентрации воздействия в пространственной области; воздействие на реологические свойства внутри и межклеточных жидкостей.

Недостатками магнитотерапевтических методов являются сравнительно низкая частота получаемых полей, обусловленная необходимостью использования материалов с высокой магнитной проницаемостью для достижения требуемой индукции и, как следствие, довольно низкая частота воздействия, обусловленная высокой индуктивностью электромагнитов и сравнительно высокой и неоднородной проводимостью биологических сред.

В то же время использование более коротких импульсов магнитного поля или высоких частот не представляется возможным, так как из-за большой электрической емкости клеточной мембраны и электрического сопротивления биологической ткани постоянная времени, с которой протекают электрохимические процессы в клетке, достаточно велика. Поэтому более короткие импульсы или высокие частоты быстро затухают и будут в основном приводить просто к перегреву поверхностных слоев тканей.

Исследования в области воздействия ультразвуковых колебаний на биологические объекты известны в практическом и клиническом применении, например:

патент РФ 2295366 "Ультразвуковая коррекция формы тела без хирургического вмешательства", фирмы Ультрашейп ИНК. (IL), в котором эффекты кавитации используются для разрушения жировых клеток;

Патент РФ 2210409/заявка PCT WO 99/37364 (публикация 29.07.1999) "Система фокусированного воздействия ультразвуком высокой интенсивности для сканирования и лечения опухолей". Здесь также используются эффекты кавитации, получаемые от сфокусированного ультразвука для разрушения раковых клеток.

Система включает мощный генератор ультразвукового излучения и направленный излучатель.

Ультразвуковое воздействие на биологические системы складывается из механического, теплового, химического и электрофизического факторов, эффективность каждого из которых зависит от параметров ультразвука, например от частоты и интенсивности.

Основными факторами воздействия ультразвука на биологические ткани являются:

возбуждение механических колебаний молекул и молекулярных комплексов в биологических тканях;

возбуждение механических колебаний клеточных мембран; возбуждение механических колебаний во внутриклеточной жидкости; возможности разрушения клеточных структур за счет эффектов кавитации и т.п.; активация биохимических процессов.

Ультразвук является своеобразным катализатором, ускоряющим установление равновесного с физиологической точки зрения состояния организма, т.е. здорового состояния. Так, озвучивание здоровых тканей при терапевтических дозах ультразвука не приводит к столь заметному изменению в обмене веществ, которое наблюдается при воздействии на воспаленные ткани. Таким образом, ультразвук оказывает влияние в основном на больные, а не на здоровые ткани.

- 1 030491

Преимущества использования акустических полей ультразвукового диапазона на биологические объекты:

высокая степень регулирования интенсивности и направленности воздействия; возможности концентрации воздействия в пространственной области; возможности визуализации пространственного распределения; возможности визуализации динамических процессов в объекте.

Недостатками сонотерапевтических методов являются:

довольно высокая интенсивность ультразвука, необходимая для эффективного воздействия на клеточные мембраны и структуры, что приводит к значительному нагреву тканей и побочным эффектам кавитации в поверхностных тканях;

слабое влияние на радикальные и ионные комплексы;

отсутствие влияния на низкочастотные резонансы в биологических тканях.

Задачей изобретения является повышение эффективности подавления роста опухоли при воздействии на биологические ткани в широком диапазоне и локализации указанного воздействия на больной области.

Поставленная задача решается следующим образом.

Представлен способ подавления роста опухолей, включающий в себя воздействие на опухоль пакетами импульсов ультразвукового излучения, и синхронно с импульсами ультразвукового излучения воздействие на область опухоли дополнительно низкочастотным импульсным магнитным полем, причем магнитное поле и ультразвуковое излучение взаимно концентрируют в области нахождения опухоли, а эффективные параметры излучений находят и выбирают из экспериментов по подавлению различных видов опухоли.

Способ также характеризуется тем, что дополнительное воздействие низкочастотным импульсным магнитным полем осуществляют синхронно с акустическим воздействием.

Система для осуществления вышеуказанных способов включает генератор ультразвука с излучателем, обеспечивающим передачу ультразвукового излучения биологической ткани и его концентрацию в выбранной области, источник магнитного поля, и характеризуется тем, что источник магнитного поля выполнен в виде генератора низкочастотных импульсов и индуктора, направляющего магнитное поле на биологическую ткань, причем генераторы ультразвука и магнитного поля связаны с устройством управления для регулирования параметров воздействующих полей и их синхронизации, а излучатель ультразвука и индуктор магнитного поля выполнены с возможностью фокусирования и/или концентрации излучения в выбранной области и средством совмещения указанных излучений в этой области.

Преимущества сочетанного воздействия акустического и магнитного импульсных полей:

Повышение концентрации, селективности, интенсивности и эффективности физических воздействий на биологические объекты.

Синергическое действие комбинированных воздействий.

Дополняющее действие каждого из воздействий:

изменение реологии жидкостей изменяет скорость и затухание прохождения УЗ волн; механические колебания тканей увеличивают эффективность воздействия магнитного поля за счет

генерирования дополнительной индукции при движении ионов, молекул и частиц в магнитном поле на частотах УЗ. Таким образом, эффективное электромагнитное воздействие, как бы модулируется на частоте ультразвука, что недостижимо для таких значений индукции обычными способами;

возбуждение резонансных откликов молекулярных и биологических структур и комплексов при импульсном воздействии магнитного поля и механических колебаний ультразвука.

Компенсирующее и регулирующее воздействие на биоструктуры при активации одного воздействия и компенсации другим воздействием.

Возможности визуализации и контроля происходящих процессов при сочетанном воздействии.

Комбинированное лечение также может включать предварительную подготовку пациента путем проведения курса магнитотерапии, направленного на повышение иммунитета и стимулирования резервов организма, а также аналогичных восстановительных курсов в период реабилитации в соответствии с уже существующими методиками либо комбинирование их в процессе лечения в соответствии с заявляемым способом.

На фиг. 1 представлена общая схема системы для осуществления заявляемых способов.

На фиг. 2 представлена схема системы использованной для проведения экспериментов по осуществлению способа подавления роста опухоли.

Система предназначена для осуществления заявляемого способа подавления роста опухоли путем воздействия на выделенный орган или опухоль 1 путем приложения соответствующих воздействий к телу 2 и осуществления взаимного концентрирования их эффективных значений в выбранной области органа 1. Концентрация осуществляется известными в соответствующих видах акустического и магнитного воздействия методами и технологиями посредством специального ультразвукового излучателя 3 и магнитного индуктора 4. Их взаимное совмещение и фиксирование относительно тела 2 и органа 1 могут осуществляться механически, электронным путем и их комбинациями в соответствии с применяемыми

- 2 030491

конструкторскими решениями.

В варианте конкретного выполнения, представленного на фиг. 2, ультразвуковой излучатель 3 и магнитный индуктор 4 совмещены конструктивно.

Ультразвуковой генератор 5, подключенный к излучателю 3, и генератор импульсов магнитного поля 6, подключенный к индуктору 4, синхронно управляются устройством управления 7. Работа этого устройства может задаваться оператором через управляющий компьютер или процессор 8. Стандартные режимы, эффективные данные по различным видам опухолей, заболеваниям, патологиям и другим процессам хранятся в базе данных 9, расположенной или в самом компьютере 8 или на удаленном сервере.

Способ и система работают следующим образом.

В экспериментах определяют эффективные параметры акустического и магнитного воздействий для подавления или терапии соответствующих видов опухолей, патологий и других заболеваний соответствующих органов. Такие данные могут также браться и из известных ранее источников. Все эти данные хранятся в базе данных 9.

Из измерений также определяют диаграммы направленности и параметры регулирования ультразвукового излучателя 3 и магнитного индуктора 4.

С помощью применяемых в медицине средств определяют расположение опухоли, очага воспаления или патологии относительно поверхности тела. Это может быть выполнено способами рентгеноскопии, МРТ, УЗИ, КТ и т.п. Предпочтительно, если метод УЗИ будет включен в состав системы.

В соответствии с этими данными располагают ультразвуковой излучатель 3 и магнитный индуктор 4 относительно тела пациента и обеспечивают контакт ультразвукового излучателя 3 с поверхностью тела. Параметры излучений и режимы процедур выбирают в соответствии с данными из базы данных и/или разработанных методик либо определяются специалистами в конкретных случаях.

Выбранные режимы и параметры заданных процедур посредством компьютера 8 поступают на устройство управления 7, которое, в свою очередь, вырабатывает сигналы для управления ультразвуковым генератором 5 и генератором импульсов магнитного поля 6.

Соответственно, ультразвуковой излучатель 3 и магнитный индуктор 4 создают непосредственное воздействие на выделенный орган или опухоль 1.

Эффект подавления роста опухоли либо терапевтический эффект осуществляются в процессе проведения курса процедур, установленного специалистами или взятого из базы данных предыдущих исследований.

"Промышленная применимость" или возможность осуществления способа проверялись в исследованиях, приведенных ниже на белых крысах, разводимых и содержащихся в виварии ГУ РНПЦ "Онкологии и медицинской радиологии им Н.Н. Александрова" (г. Минск, Республика Беларусь). Животные содержались и развивались в нормальных условиях, соответствующих санитарным правилам по устройству, оборудованию и содержанию вивариев.

Исследования выполнены на экспериментальной модели Российской коллекции опухолей - саркоме М-1, закупленной в Банке опухолевых штаммов ГУ РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН (г. Москва, Россия).

Опухоли перевивали подкожно, в паховую область, путем введения 0,5 мл 10%-ной опухолевой взвеси в растворе Хенкса. Воздействия проводили, когда диаметр опухоли достигал размера более 2 см.

Магнитное импульсное воздействие осуществлялось с помощью специальной экспериментальной установки "ScienceSPOK", созданной на основе серийного прибора "OrthoSPOK", выпускаемого предприятием ОДО "Магномед" (г. Минск, Республика Беларусь). Ультразвуковое воздействие осуществлялось с помощью специального генератора, разработанного фирмой УАБ "Меделком" (г. Вильнюс, Литва).

Индуктор и УЗ-излучатель были пространственно совмещены в соответствии со схемой на фиг. 2.

Сравнительный анализ морфологического состава красной и белой крови у крыс с Ca М-1 после проведенных воздействий показал, что наиболее существенные сдвиги наблюдались в параметрах белой крови в виде снижения процента нейтрофилов, эозинофилов, повышения лимфоцитов в группах с комбинированным воздействием.

Группа 1 - Интактный контроль.

Группа 2 - НМП 5,0 мТл - Стандартный импульс. Время воздействия - 10 мин. Количество процедур - 5.

Группа 3 - НМП 22 мТл - сигнал 2,5 Гц. Время воздействия - 10 мин. Количество процедур - 5.

Группа 4 - НМП 22 мТл - сигнал 100 Гц. Время воздействия - 10 мин. Количество процедур - 5.

Группа 5 - Ультразвук 1,3 МГц, 5 импульсов. Частота 1 кГц. Время воздействия - 10 мин. Количество процедур - 5.

Группа 6 - Ультразвук 1,3 МГц, 5 импульсов. Частота 10 кГц. Время воздействия - 10 мин. Количество процедур - 5.

Группа 7 - НМП 22 мТл, 100 Гц (10 мин) + УЗ 50 Гц (10 мин)+ НМП 22 мТл, 100 Гц (4 дня по 10 мин).

Сравнительную оценку противоопухолевой эффективности комбинированной терапии по площади некрозов осуществляли в 1-7 группах спустя 24 ч после воздействия путем количественного расчета

- 3 030491

площадей некрозов, образовавшихся в опухолях при витальном окрашивании животныхопухоленосителей синькой Эванса. Для этого 0,6%-ный раствор синьки в физиологическом растворе вводили крысам внутривенно из расчета 1 мл на 100 г массы тела. Через 2 ч животных умерщвляли хлороформом, опухоль иссекали и фиксировали в 10%-ном формалине. После фиксации делали поперечные срезы опухолевого узла по наибольшему диаметру и регистрировали фотокамерой, сопряженной с компьютером. Для оценки образовавшихся после комбинированной терапии площадей некрозов и оставшихся жизнеспособных зон опухоли был использован метод компьютерного сканирования цветовых оттенков гистотопографических срезов опухолей.

Сводные данные площадей некрозов

№	Вид	Площадь	Число
п/п	воздействия	некрозов в срезах, см²	срезов
1	Контроль	0,08±0,02	10
2	НМП, 5 мТл, 10 Гц	1,10±0, 08	30
3	НМП, 22 мТл, 2,5 Гц	1,16±0,06	30
4	НМП, 22 мТл, 100 Гц	1,25±0, 04	30
5	УЗ 1,3 МГц, 1 кГц	0,94±0,07	29
6	УЗ 1,3 МГц, 10 кГц	1,31±0,06	30
7	НМП 22 мТл, 100 Гц + УЗ 1,3 МГц 10 кГц	1,97±0,07	35

Во 2-, 3- и 4-й группах определялись наиболее эффективные параметры импульсного магнитного

поля.

В 5- и 6-й группах определялись наиболее эффективные параметры импульсного ультразвукового воздействия.

В 7-й группе проводились исследования подавления опухоли при комбинированном воздействии.

Таким образом, была показана высокая эффективность комбинированного воздействия и его концентрация. Площади некрозов в срезах опухоли различной площади (от 1,8 до 5,8 см²) составляли в среднем 2,0 см², что соответствовало примерно площади ультразвукового излучателя.

Эффективность комбинированного воздействия наблюдалась также и по поведению подопытных животных, которые, несмотря на наличие опухоли, проявляли заметную активность и имели хороший аппетит и даже прибавляли в весе.

В соответствии с заявляемой группой изобретений комбинированное направленное воздействие может также применяться и для терапевтического лечения локальных повреждений в тканях, таких, например, как переломы, ушибы, воспаления и др.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ подавления роста опухоли, включающий воздействие на опухоль пакетами импульсов ультразвукового излучения и магнитного поля, отличающийся тем, что синхронно с импульсами ультразвукового излучения на область опухоли дополнительно воздействуют низкочастотным импульсным магнитным полем, причем магнитное поле и ультразвуковое излучение взаимно концентрируют в области нахождения опухоли, а эффективные параметры излучений выбирают из экспериментов по подавлению данного вида опухоли.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное воздействие низкочастотным импульсным магнитным полем осуществляют синхронно с акустическим воздействием.

3. Система для осуществления способов по пп.1, 2, включающая генератор ультразвука с излучателем, обеспечивающим передачу ультразвукового излучения биологической ткани и его концентрацию в выбранной области, источник магнитного поля, отличающаяся тем, что источник магнитного поля выполнен в виде генератора низкочастотных импульсов и индуктора, направляющего магнитное поле на биологическую ткань, причем генераторы ультразвука и магнитного поля связаны с устройством управления для регулирования параметров воздействующих полей и их синхронизации, а излучатель ультразвука и индуктор магнитного поля выполнены с возможностью фокусирования и/или концентрации излучений в выбранной области и средством совмещения указанных излучений в этой области.

- 4 030491