Экранированная палата в клинике для защиты пациентов с ишемической болезнью сердца от воздействия геомагнитных возмущений

Гурфинкель Ю.И., Любимов В.В.

ВВЕДЕНИЕ

Гелиогеофизические факторы оказывают существенное влияние на течение и исходы ишемической болезни сердца (ИБС), инфаркты миокарда (ИМ), возникающие в дни геомагнитных возмущений, которые отличаются более тяжелым течением, чаще сопровождаются осложнениями (кардиогенный шок, отек легких, разрыв сердца) и повышенной летальностью [7]. Андронова Т.И. и соавт. [1], проанализировав более 30 тыс. случаев смерти от сердечно-сосудистой патологии за период с 1957 по 1958 гг., пришли к выводу, что количество умерших скоропостижно от ИМ увеличивается до 1,5 раз в дни, когда магнитное поле Земли возмущено. Обнаружено также, что максимальное количество скоропостижных смертей от ИМ в среднем за все годы приходится на вторые сутки после геомагнитных возмущений.

По нащим данным [9] ухудшение показателей капиллярного кровотока (КК) у больных с ИБС отмечается в день начала магнитной бури (МБ), а также в последующие 2-3 суток. Клинически у больных в эти дни отмечалось обострение заболевания, проявляющееся учащением приступов стенокардии, проявлением преходящих нарушений сердечного ритма, потребностью в дополнительном приеме антиангинальных средств.

Все это делает актуальной задачу поиска эффективной защиты пациентов ИБС во время геомагнитных возмущений. Впервые идея создания палаты, защищенной экраном, была высказана А.Л.Чижевским [12]: ..."Такая палата должна быть со всех шести сторон покрыта слоем металла соответствующей толщины и соответствующей непроницаемости... Вход и выход из нее должны обеспечить непроникновение вредных радиаций внутрь, что легко достигается хорошо бронированной передней с двумя дверями... Обыкновенная вентиляция заменяется подачей кондиционированного воздуха с зоной максимального комфорта... Больница, имеющая подобные палаты, должна быть связана с астрономической обсерваторией"...

В настоящее время известно достаточно много проектов экранированных комнат-магнитных камер для борьбы с магнитными шумами, сравнительно небольшой стоимости, построенных в различных странах, которые используются для проведения биомагнитных исследований [2, 11, 14-16, 18-23], однако проектов экранированных комнат для медицинских учреждений известно немного. В качестве одного из примеров можно привести комнату для проведения клинических исследований в условиях госпиталя построенную во Франции [13].

Целью нашей работы явилось создание специальной экранированной палаты (ЭП) и исследование ее возможностей для защиты помещенных в нее пациентов от влияния геомагнитных возмущений.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭП

Практическая реализация проекта ЭП в помещении Отделения интенсивной терапии и реанимации ЦКБ No.3 МПС было начато в 1991 г. Для реализации проекта была выбрана угловая комната, расположенная на пятом этаже левого крыла здания больницы, максимально удаленная от лифтовых шахт и источников техногенных и импульсных электромагнитных помех. Эта комната, прямоугольной формы с внутренними размерами 4,5х3,5 м и высотой потолка 3 м, своей более вытянутой стороной ориентирована примерно в направлении с запада на восток, в восточной торцевой стене которой находилось окно, а в западной - входная дверь.

Конструкция ЭП создавалась из тех соображений, что она должна служить как для проведения научных исследований, так и, одновременно, являться средством электромагнитной защиты (в течение продолжительного времени) тяжело больных людей, находящихся в лежачем состоянии. В такой комнате должен быть расположен весь минимально необходимый набор сантехнического и мониторингового клинического оборудования и подведены соответствующие коммуникационные линии. Поэтому ЭП состоит из двух основных отделений: комнаты для исследований (ИК) и вспомогательной комнаты - тамбурного туннеля (ТТ), ограниченного двумя входными дверями. ИК, прямоугольной формы (с размерами стен и потолка 2,9х2,5х2,7 м), содержит: койку для пациента, расположенную у северной стены и ориентированную в направлении запад-восток, две тумбочки, на которых установлен телефон для связи и мониторинговое оборудование, встроенные деревянные шкафы, полки и светильники (восточная стена) и раскладной деревянный, вмонтированный в южную стену, столик. В помещении ТТ расположены: сантехническое оборудование (водопровод) и деревянные полки для установки оборудования. Размеры внутренних стен и потолка ТТ составляют 1,4х1,7х2,7 м.

Обе комнаты являются независимо экранированными, при помощи двухслойных экранов, помещениями. Экраны имеют прямоугольную форму и выполнены из листового оцинкованного кровельного железа толщиной 1 мм. С целью уменьшения массы, габаритов и стоимости МК (с одновременным повышением эффективности экранирования) в конструкции экрана ЭП применено чередование слоев из ферромагнитного и немагнитного материалов. Чередование слоев с разными волновыми сопротивлениями приводит к многократному отражению напряженности помехонесущих магнитных полей и интенсивному поглощению энергии поля в поперечном сечении стенок. Расстояние между слоями экранов ИК в нашем случае выбрано равным 10 см. Толщина отделочного материала (дерево - ясень) внутри ИК составляет 1,5 см. Непрерывность экрана нарушается в основном на стыках сопрягаемых деталей. Для уменьшения физических неоднородностей при сборке экрана ЭП из листов была применена методика неразъемных соединений при помощи обжимаемого шва, который не требует сварки или пайки [2].

Существенное влияние на экранирующие свойства ЭП оказывает наличие и конструкция двери, которая в десятки раз уменьшает коэффициент экранировки от максимально возможного. В нашей конструкции применен ТТ с двумя дверями, которые плотно прилегают своими ферромагнитными слоями с уплотнителями к соответствующим слоям дверной рамы и стенки. Это достигается при помощи механических прижимных устройств.

Проведенные исследования показали, что помещение для МК находится в спокойной, без аномальных вибраций, части здания ЦКБ No.3 МПС. Поэтому нами не применялись специальные средства защиты от вибраций и магнитный экран был установлен на бетонный пол через деревянные и пенопластовые прокладки. Внутри ИК был сделан деревянный фальш-пол оригинальной конструкции, на который были постелены линолеум и ковровое покрытие.

Конструкцией ЭП предусмотрена система кондиционирования и вентиляции воздуха. Температура внутри ИК регулируется и поддерживается путем продувания кондиционированнного воздуха при помощи встроенного воздуховода и стандартного кондиционера, расположенного вне ЭП.

Для исключения проникновения электрических наводок на коммуникационные электрические, осветительные и информационные линии в ЭП используется двухступенчатая система электрической защиты, выполненная на основе радиочастотных проходных фильтров типа ФП-10, позволяющих получить затухание порядка 80...100 дБ.

Экранные оболочки кабелей и внешний экран ЭП подсоединены к специально сделанному контуру заземления. Для подключения специального оборудования внутри ИК установлены электрические розетки, линии связи мониторингового оборудования через специальные проходные фильтры подключены к главному пульту и к компьютеру. Внутри ИК на ее западной стене и в плоскости пола намотаны две ортогонально расположенные друг к другу прямоугольные колечные системы с постоянными Ск = 5 нТл/мА, которые предназначены для создания магнитных полей при проведении опытно-методических и исследовательских работ.

ОПЫТНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Теоретические обоснования и проведение модельных расчетов с помощью опорных оболочек при проектировании магнитных экранов не всегда могут с достаточной точностью учесть действительную (реальную) форму необходимого экрана, определить эффективность его экранирующих свойств [2]. Сложность задачи в нашем случае состояла в том, что особенности решения ЭП не позволили сделать экранирующие оболочки простых геометрических форм, а, следовательно, и сделать реальную теоретическую оценку эффективности экранирования напряженности электрического и магнитного полей, которые при прохождении через экран ослабляются по-разному. Поэтому для оценки эффективности экранирования проводились непосредственные измерения внутри ЭП:

- аттестация ЭП при помощи аппаратуры, позволяющей проводить оценку степени экранирования от радиочастотных помех в диапазоне частот выше 10 кГц;

- определение пространственного градиента постоянного магнитного поля и областей его неоднородности внутри ИК, в месте расположения пациента.

В качестве инструмента для проведения магнитометрических работ внутри ЭП использовался диагностический магнитометр (ДМ) MAGIC МФ-03-М [8-9]. Анализ построенных магнитных карт и моделей распределения аномального магнитного поля внутри ИК показал, что оно (поле) является достаточно неоднородным и реальная его структура далека от идеальной, при общем ослаблении составляющих естественного магнитного поля Земли (ЕМПЗ) в 4,5...5 раз по сравнению с внешним полем. Ослабление вариаций и ЕМПЗ в помещении ТТ происходит в 1,5...2 раза меньше, чем в ИК.

Были проведены работы по длительной записи вариаций ЕМПЗ внутри ИК при помощи ДМ типа ИМБ МФ-01 и ФМВС [4, 8] и другие опытно-методические работы [17], направленные на изучение и дальнейшее улучшение эксплуатационных характеристик ЭП, усовершенствование ее конструкции.

ПРОВЕДЕНИЕ МОНИТОРИНГОВЫХ РАБОТ

Вот уже более десяти лет продолжается использование ДМ в здании ЦКБ No.3 МПС [4, 10], где проводится непрерывный мониторинг электромагнитной обстановки [3, 10, 17]. Создание серии различных типов малогабаритных феррозондовых ДМ, предназначенных для работы в условиях клиники с достаточно высоким уровнем техногенных помех [8-9], послужило началом для активного проведения исследовательских работ по изучению биотропного влияния естественных и искусственных электромагнитных полей на человека. Так, например, при помощи магнитометров серии MAGIC [8-9] проведена электромагнитная аттестация некоторых помещений в клинике [3-4, 10], произведена микромагнитная съемка в помещениях, предназначенных для установки магнитометрической аппаратуры и для проведения магнитобиологических исследований [10]. Установлена необходимая аппаратура, при помощи которой налажена и действует непрерывная служба слежения за окружающей электромагнитной обстановкой в реальном времени, что позволило иметь постоянно данные о текущей возмущенности магнитного поля и своевременно проводить терапию магнитозависимых больных при начале МБ [3].

Проведены исследования градиента вариаций магнитного поля в городских условиях, изучались особенности вклада техногенной электромагнитной составляющей в результаты измерений. Контроль получаемых данных, их корреляция, осуществлялся по данным Центральной магнитной обсерватории МОСКВА-2 (ИЗМИРАН) [10].

В настоящее время ведется активная инициативная работа по созданию ДМ и накопителей информации нового поколения для использования их как в медицинских учреждениях, так и для индивидуального пользования, позволяющих визуализировать, автоматизировать и максимально упростить процесс получения информации.

ПРОВЕДЕНИЕ МЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Под наблюдением в ЭП находились больные с ИБС ( мужчины и женщины) в возрасте от 43 до 72 лет. На первом этапе проведения медицинских исследований ставилась задача ориентировочно определить чувствительность пациента к геомагнитным возмущениям. Для этого обследуемым предлагалось вести ежедневный дневник, куда вписывалась субъективная оценка по пятибальной шкале физического, эмоционального и интеллектуального (ФЭИ) состояния, наличие стенокардитических приступов. Пульс, артериальное давление измерялись три раза в день. Полученные данные наблюдения сопоставлялись с индексами геомагнитной активности.

Исследования КК у каждого из пациентов проводились ежедневно, в течение 10...14 дней, и осуществлялись по методике, описанной в [5], при помощи телевизионного капилляроскопа КТ-01, позволяющего после его усовершенствования наблюдать микрососуды ногтевого ложа (эпонихия) с увеличением в 500...800 раз. Перед началом пациенты отдыхали 10-15 мин., после чего измерялось артериальное давление и пульс c помощью тонометра фирмы "Мarshall" (Япония). Оценка изменений в микрососудах производилась визуально путем суммирования баллов по каждому признаку в соответствии с его выраженностью по методике описанной в [5].

Пациенты, у которых была отмечена выраженная реакция субъективных и объективных данных на геомагнитное возмущение, помещались в ЭП, где находились во время МБ. Они также вели ежедневный дневник, отмечая по пятибальной шкале свое ФЭИ-состояние, наличие стенокардитических приступов. Пульс, артериальное давление измерялись три раза в день. Помимо этого ежедневно исследовался КК. Прогноз о вероятном геомагнитном возмущении поступал из ИЗМИРАНа, однако непосредственным сигналом для помещения пациента в ЭП служили показания ДМ, находящегося в отделении.

У двух пациентов в первые часы после помещения в ЭП отмечено появление психологического дискомфорта, боязнь замкнутого пространства, в связи с чем исследования были прекращены и эти больные были переведены в обычную палату отделения интенсивной терапии. При сопоставлении данных ФЭИ-статуса, оцененного самими исследуемыми, в дни повышенной геомагнитной активности отмечено снижение всех трех показателей. Основные жалобы, которые предъявляли больные ИБС в день начала геомагнитных возмущений, были следующими:

- ощущение сердечного дискомфорта, стенокардитические приступы, нарушения сердечного ритма (чаще всего - перебои), потребность в дополнительном приеме антиангинальных средств (Какой-либо из этих признаков или их сочетание отмечено у 86% больных.);

- головная боль, головокружение, ощущение разбитости, вялость, снижение работоспособности, повышенная утомляемость, сонливость днем, снижение интереса к окружающему, повышенная раздражительность (Какой-либо из этих признаков или сочетание их отмечено у 85% больных.);

- расстройства сна (невозможность уснуть, бессонница, немотивированное пробуждение среди ночи, поверхностный сон). Один из этих признаков или их сочетание отмечено у 74 % больных.

За двое суток до начала геомагнитных возмущений 7% обследованных пациентов отмечали неопределенные ощущения тревоги, сердечный дискомфорт. За сутки до начала геомагнитных возмущений сердечный дискомфорт, потребность в дополнительном приеме антиангинальных средств испытывали 18% больных.

К концу первых суток пребывания в ЭП жалобы на ощущение сердечного дискомфорта и стенокардитические приступы, потребовавшие приема антиангинальных средств, отмечено у двух пациентов (5,8%). Ощущение разбитости, сонливость днем отмечены у одного (2,9%) исследуемого. Систолическое и диастолическое артериальное давление (АД), а также частота сердечных сокращений (ЧСС) достоверно менялись при переходе геомагнитной обстановки от спокойной к условиям МБ. На следующий день после начала геомагнитного возмущения у 26 пациентов, имеющих в анамнезе указания на артериальную гипертензию АД повышалось, регистрировалось также учащение ЧСС (у 6 пациентов отмечено урежение ЧСС). Уже к концу первых суток пребывания в ЭП у пациентов отмечена нормализация ЧСС и АД.

Та же тенденция прослеживалась в отношении показателей микроциркуляции. Такие параметры как появление стойких агрегатов (сладж-феномен), замедление скорости кровотока вплоть до полной его остановки во время геомагнитных возмущений в условиях пассивного экранирования уже к концу первых суток пребывания в ЭП претерпевали обратное развитие. Показатели скорости КК, агрегации форменных элементов крови у пациентов, помещенных в ЭП во время геомагнитных возмущений, уже к концу первых суток возвращались к значениям отмеченным во время спокойной геомагнитной обстановки. На вторые и третьи сутки у 27% пациентов наблюдалось снижение капилляскопических индексов ниже их показателей при спокойной геомагнитной обстановке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные данные позволяют сделать вывод о негативном влиянии геомагнитных возмущений как на субъективные так и на объективные показатели у больных с ИБС, выражающиеся в ухудшении психофизиологического статуса, нарушений в системе микроциркуляции, увеличении количества нарушений сердечного ритма.

Использование ЭП в качестве укрытия на время геомагнитных возмущений положительно сказывается на самочувствии пациентов, уменьшает или прекращает стенокардитические приступы, способствует нормализации АД и ЧСС, а также показателей микроциркуляции. В то же время метод не может быть использован у пациентов страдающих клаустрофобией.

Создание ЭП в условиях клиники лишь первый шаг на пути разработки и усовершенствования методов и аппаратуры для защиты магниточувствительных пациентов от патолического влияния геомагнитных возмущений.

Продолжено использование ДМ в клинике, некоторые из которых работают в ЦКБ No.3 МПС уже более десяти лет. Организованная непрерывная служба слежения за окружающей электромагнитной обстановкой позволила постоянно иметь собственные данные о текущей возмущенности магнитного поля и своевременно проводить терапию магнитозависимых больных.

В результате работ созданы несколько опытных образцов ДМ, предназначенных для проведения работ в ЭП и мониторинговых работ в условиях клиники, накопления и хранения информации, создания собственного банка данных по мониторингу окружающей электромагнитной обстановки и регистрируемым магнитным бурям в условиях города. В результате проведенных методических работ создан пакет оригинальных компьютерных программ, позволяющих проводить цифровую фильтрацию получаемых данных в условиях, где уровень техногенных помех в несколько раз превышает уровень реального сигнала.

Слежение за окружающей электромагнитной обстановкой в реальном времени позволяет помочь практической медицине в оказании своевременной помощи людям, подверженным повышенной чувствительности к изменениям магнитного поля в период геомагнитосферных возмущений и бурь.

ЛИТЕРАТУРА

1. АНДРОНОВА Т.И., ДЕРЯПА Н.Р., СОЛОМАТИН А.П. Гелиометеотропные реакции здорового и больного человека. Л.: Медицина, 1982. - 247 с.

2. ВВЕДЕНСКИЙ В.Л., ОЖОГИН В.И. Борьба с магнитными шумами // Сверхчувствительная магнитометрия и биомагнетизм. М.: Наука, 1986. C.64 - 82.

3. ГУРФИНКЕЛЬ Ю.И., ЛЮБИМОВ В.В. Геомагнитный мониторинг в условиях клиники // Крымский Международный семинар: "Влияние солнечной активности на медицинские, биологические и физико-химические процессы". Тезисы докладов. Фрунзенское, 1995. С.62.

4. ГУРФИНКЕЛЬ Ю.И., ЛЮБИМОВ В.В., ОРАЕВСКИЙ В.Н. Опыт применения диагностического магнитометра в клинике неотложных состояний // Биофизика, М.: Наука, 1995.Т.40. Вып.5. С.1042-1049.

5. ГУРФИНКЕЛЬ Ю.И., ЛЮБИМОВ В.В., ОРАЕВСКИЙ В.Н., ПАРФЕНОВА Л.М., ЮРЬЕВ А.С. Влияние геомагнитных возмущений на капиллярный кровоток у больных ишемической болезнью сердца // Биофизика. М.: Наука, 1995. Т.40. Вып.4. С.793 - 799.

6. ЗВЕРЕВ А.С., КИРИАКОВ В.Х., ЛЮБИМОВ В.В. Регистратор магнитной активности // Приборы и техника эксперимента. М.: Наука, 1997. No.1.

7. КОНДРАТЮК И.К., БОБОРЫКИН А.М., ЕМЕЛЬЯНОВ А.П. О возможности прогноза заболеваемости инфарктом миокарда по анализу гелиогеофизических данных // Электромагнитные поля в биосфере. М.: Наука, 1984. Т.1. С.177 - 184.

8. ЛЮБИМОВ В.В. Диагностические магнитометры для проведения электромагнитного мониторинга в условиях города и современные методы и средства индивидуально-массовой визуализации его результатов. Обзор. Препринт No.6 (1116) М.: ИЗМИРАН, 1998. - 20 с.

9. ЛЮБИМОВ В.В., ВЫДРИН В.В. Малогабаритный цифровой компонентный магнитометр // Приборы и техника эксперимента. М.: Наука, 1995. No.5. С.206 - 207.

10. ЛЮБИМОВ В.В., ГУРФИНКЕЛЬ Ю.И., ОРАЕВСКИЙ В.Н. Опыт применения диагностических магнитометров в условиях города и в клиниках. Препринт No.99 (1046) М.:ИЗМИРАН, 1993. - 28 с.

11. СКОТТ Г.Р., ФРОЛИХ К. Магнитоэкранированные комнаты большого объема: конструкции и материалы// Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме /Под ред. Дж.Киршвинка, Д.Джонса, Б.Мак-Фаддена. М.: Мир, 1989. С.263 - 291.

12. ЧИЖЕВСКИЙ А.Л. Земное эхо солнечных бурь. М.: Мысль, 1976. С.269 - 329.

13. BERCY C., DURET D.I., KARP P., TESZNER D. Installation of a biomagnetic measurement facility in a hospital environment, a first study // Biomagnetism. B., N.Y.: W.de Gruyter, 1981. P.95.

14. COHEN D. Large volume convertional magnetic shields // Rev. Phys.Appl., 1979. V.5. P.53.

15. ERNE S.N., HAHLBOHM H.D., SHEER H., TRONTELJ Z. The Berlin magnetically shielded room: Section B: Performances // Biomagnetism: Proceedings Third International Workshop on Biomagnetism /S.N.Erne, H.D.Hahlbohm, and H.Lubbig, eds. Berlin, N.Y.: W. de Gruyter, 1981. P.78.

16. GUBSER D.U., WOLF S.A., COX J.E. Shielding of longitudinal magnetic fields with thin, closely spaced, concentric cylinders of high permeability material // Rev. Sci. Instr., 1979. V.50, No.6. P.751.

17. GURFINKEL Yu., LYUBIMOV V. and ORAEVSKY V. Geomagnetic monitoring: experience and prospects in medicine and biology // Third International Congress of the European Bioelectromagnetic Assotiation /Book of Abstracts. Nancy, France, 1996. P.24 - 26.

18. HEINONEN P.,TUOMOLA M., LEKKALA J., MALMIVIO J. Thick-walled conducting shield in biomagnetic experiments // J. Phys. E., 1980. V.13. P.1.

19. KELHA V.O. Construction and performance of the Otanii magnetically shielded room // Biomagnetism: Proceedings Third International Workshop on Biomagnetism / S.N.Erne, H.D.Hahlbohm, and H.Lubbig, eds. Berlin, N.Y.: W. de Gruyter, 1981. P.33-50.

20. KELHA V.O., PUKKI J.M., PELTONEN R.S. et al. Design, construction and performance of a large-volume magnetic shield // IEEE Trans. Magn., 1982. V. MAG-18. P.260.

21. MAGER A. The Berlin magnetically shielded room: Section A: Design and construction//Biomagnetism: Proceedings Third International Workshop on Biomagnetism / S.N.Erne, H.D. Hahlbohm, and H.Lubbig, eds. Berlin, N.Y.: W. de Gruyter, 1981. P.51 - 78.

22. PATTON B.J., FITCH J.L. Design of a room-size magnetic shield // J. Geophys. Res. 1962. V.67. P.1117 - 1121.

23. STROINK G., PURCELL C., BRAUER F., BLACKFORD B. An eddy-current-shielded room with a partially closed entrance // Nuovo Cim. 1983. V.2D. No.2. P.195.