В.А. ХАМИТОВ,
учитель физики,
п. Октябрьский, Пермская обл.

Переломы костей лечат... физики

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.