專利名稱：肌肉的電化學(xué)健壯的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及增強(qiáng)和健壯肌肉的方法和裝置。本發(fā)明尤其涉及通過使用電化學(xué)用電脈沖健壯肌肉。
背景技術(shù)：
使用電流健壯或增強(qiáng)肌肉具有可疑聲稱的長(zhǎng)期歷史。這些聲稱的大部分都是未經(jīng)證實(shí)的。既非美國(guó)宇航局也沒有任何專業(yè)運(yùn)動(dòng)員或健身者使用該技術(shù)，而是依賴傳統(tǒng)的抗阻訓(xùn)練。
康復(fù)處理專家，按摩師，和物理處理醫(yī)生仍然使患者接受嚴(yán)格的電療。他們聲稱這在肌肉結(jié)構(gòu)的改變上具有一些效果但是不能給出關(guān)于這種結(jié)構(gòu)變化的細(xì)節(jié)。健壯肌肉的電療的認(rèn)可基于患者表現(xiàn)的變化。這些變化是如此的無足輕重以至于電療不得不斷開臨床應(yīng)用或證明比安慰劑的效果更加有效。
電療的臨床無效是由于下述三個(gè)原因(1)對(duì)交流或感應(yīng)電流的電療使用的傳統(tǒng)性依賴。這種電流不能引起任何種類的化學(xué)變化，并且主要用于電壓傳輸或機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。如果電流被當(dāng)作流體考慮，那么交流電傳遞流體壓力而直流電傳遞該壓力和流體本身。
(2)避免皮膚電離的需要，當(dāng)使用直流電或動(dòng)電電流時(shí)，妨礙電療師理解電流的電子特性和在所有化學(xué)結(jié)合中電子的角色，尤其是有機(jī)化學(xué)。直流電或化學(xué)能是象陰極射線或β輻射這樣導(dǎo)致皮膚電離的電子，皮膚的電離并不由交流或感應(yīng)電流的使用產(chǎn)生。
(3)最后，電療師使用電流引起肌肉收縮未意識(shí)到為了以該方式健壯肌肉脈沖必須類似于身體使用的脈沖。身體并不使用交流電。它以電化學(xué)形式使用直流電(DC)。另外，神經(jīng)將脈沖傳遞到神經(jīng)肌肉接頭部位或運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)(motor endplate region)，而不是以偶然的方式傳遞到肌肉群的表面。
在二次世界大戰(zhàn)期間，該時(shí)期的退役軍人管理局的四個(gè)研究員(Guttman、Melville、Wehrmacher、Hines)發(fā)現(xiàn)那些由于后來進(jìn)行手術(shù)修復(fù)尺神經(jīng)損傷導(dǎo)致的失用性手萎縮而接受被稱為‘電流訓(xùn)練’的軍人，恢復(fù)的肌肉體積和使用力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于那些僅僅限于物理處理的軍人。臨床實(shí)驗(yàn)的結(jié)果被記錄但沒有詳細(xì)描述。因?yàn)锳C不要求昂貴的開關(guān)設(shè)備來為每個(gè)新的肌肉顫動(dòng)重復(fù)地接通和斷開電流，因此電療保留感應(yīng)或交流電流(AC)的使用。如果允許AC持續(xù)10秒以上AC也不會(huì)導(dǎo)致皮膚問題。在接下來的十年出現(xiàn)了處理生物電的紙張并且以離子的運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)論及生物電，就如同電流是原子的和分子的而不是電子的。在1963年和1978年被授予諾貝爾獎(jiǎng)的該報(bào)道甚至在今天也是對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)和細(xì)胞機(jī)能的標(biāo)準(zhǔn)解釋。該報(bào)道并沒有區(qū)分AC和DC，也根本沒有把生物電當(dāng)作包含電子運(yùn)動(dòng)來處理。不能利用電化學(xué)的健康益處或者關(guān)心為什么使用交流電的電療沒有結(jié)果。因此仍在實(shí)施的電療專門訴諸于交流或感應(yīng)電流的使用。
需要通過使用DC來利用電化學(xué)的健康益處的更有效系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及通過依靠DC陽極將電荷的脈沖經(jīng)皮傳遞到神經(jīng)肌肉接頭部位或運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)來健壯和增強(qiáng)肌肉。
本發(fā)明的方法使用電化學(xué)通過在大約0.2毫秒到大約1毫秒范圍的持續(xù)時(shí)間(在這里稱為脈沖寬度)和至少1000赫茲的頻率(在這里稱為脈沖速度)下，依靠覆蓋運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)/肌肉的神經(jīng)肌肉接頭的陽極探針，在僅僅導(dǎo)致肌肉稍微收縮的強(qiáng)度下，對(duì)皮膚施加DC電荷脈沖來健壯和增強(qiáng)肌肉。在從大約5毫安到大約25毫安的電流幅度和大約50伏到大約100伏的電壓范圍下應(yīng)用DC。DC電源用于傳遞電荷，其優(yōu)選至少為3瓦。
執(zhí)行本發(fā)明的方法的裝置的一個(gè)例子包括下述元件在功率輸出端產(chǎn)生功率信號(hào)的電源，所述功率信號(hào)具有從大約5毫安到大約25毫安的電流幅度范圍和從大約50伏到大約120伏的DC電壓范圍；操作產(chǎn)生脈沖信號(hào)的脈沖發(fā)生器，所述脈沖信號(hào)具有從大約0.2毫秒到大約1毫秒范圍的持續(xù)時(shí)間和從大約1000赫茲到大約2500赫茲范圍的脈沖頻率；被耦合以用于接收脈沖信號(hào)的開關(guān)電路，該開關(guān)電路具有開關(guān)輸出端，以及響應(yīng)于脈沖信號(hào)，該開關(guān)電路操作將開關(guān)輸出端耦合到系統(tǒng)接地和從系統(tǒng)接地?cái)嚅_；具有第一端和第二端的陰極，所述第一端可拆卸地連接到開關(guān)輸出端，所述第二端定位在用戶的身體上；和具有第一端和第二端的陽極探針，所述第一端可拆卸地連接到功率輸出端，所述第二端包括探針。
每星期至少進(jìn)行兩次處理并且在每次處理時(shí)通過選擇性地使探針接觸覆蓋運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)/肌肉的神經(jīng)肌肉接頭的皮膚部位大約1秒到大約8秒的持續(xù)時(shí)間而使用該系統(tǒng)健壯和增強(qiáng)肌肉。傳遞到用戶的電流幅度的水平取決于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)在皮膚下方的深度。


如附圖中所示，從下述的和更詳細(xì)的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述將明顯看出進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1是本發(fā)明的框圖；圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；和圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1-2顯示了根據(jù)本發(fā)明用于產(chǎn)生脈沖以刺激肌肉橫小管的裝置100。該裝置100包括開關(guān)電路102和通常以104表示的關(guān)聯(lián)電路系統(tǒng)。該開關(guān)電路優(yōu)選為CMOS 4583固態(tài)集成電路。然而，其它開關(guān)電路也適用于本發(fā)明的其它實(shí)施例。
裝置100包括90伏DC電源106，該電源具有連接到功率電阻器108和12伏齊納二極管110的正輸出。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，來自墻插座的AC由變壓器/整流器(未示出)變壓和整流以獲得要求的DC電壓。電源106的負(fù)輸出在電路102的節(jié)點(diǎn)A連接到系統(tǒng)接地。電源106用于在節(jié)點(diǎn)B產(chǎn)生12伏DC信號(hào)，節(jié)點(diǎn)B通過電容112連接到系統(tǒng)接地。節(jié)點(diǎn)B也連接到兩個(gè)定時(shí)電路。第一定時(shí)電路包括電位計(jì)114，電阻器116和電容118。端點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)C)被定義在電阻器116和電容118之間的連接處。第二定時(shí)電路包括電阻器120，電容122，和被定義在電阻器120和電容122之間的連接處的節(jié)點(diǎn)D端。電容118和122也連接到系統(tǒng)接地。
節(jié)點(diǎn)E端連接到電阻器124，而電容器124又在節(jié)點(diǎn)F連接到電容126。電容126也連接到系統(tǒng)接地。節(jié)點(diǎn)G端連接到電位計(jì)128，電位計(jì)128也連接到電阻器130。電位計(jì)128的中心滑片(center wipe)連接到晶體管T1的基極端。T1的發(fā)射極端連接到電阻器132，T1的集電極端連接到保險(xiǎn)絲F1，該保險(xiǎn)絲F1優(yōu)選為0.3安培快速燒斷保險(xiǎn)絲。優(yōu)選地晶體管T1為飛利浦EGC 396晶體管或類似的晶體管。
LED(L1)連接在保險(xiǎn)絲F1和交叉連接134之間。該交叉連接連接到陰極端136和探針端138。陰極136優(yōu)選包括可腐蝕金屬，例如鐵。該交叉連接用于選擇性地將陰極和探針端連接到電路。開關(guān)電路102是集成電路，其按照在電路102的每個(gè)引線指示的端點(diǎn)連接到電路系統(tǒng)140。例如，開關(guān)電路的1，4，8和15都連接到端節(jié)點(diǎn)A。因此，開關(guān)電路102和電路系統(tǒng)104一起工作以產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的脈沖。
在工作期間，來自電源106的90伏DC出現(xiàn)在交叉連接134的端點(diǎn)140。假設(shè)腐蝕陰極136和探針138連接到電路，開關(guān)電路102的工作導(dǎo)致脈沖出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)G，其選擇性地啟動(dòng)晶體管T1。當(dāng)陰極136定位在用戶150的皮膚上和探針端138接觸用戶150的皮膚時(shí)，當(dāng)T1“開啟”時(shí)，電流能夠流過路徑P1。提供LED以用于指示電流何時(shí)流過P1。
如下面詳細(xì)所述，通過調(diào)整定時(shí)電路，能夠獲得各種脈沖速度和電流幅度。特別地，這可以通過調(diào)整電位計(jì)114和128而實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)陰極136和探針138依靠交叉連接134連接到電路和附著到用戶150的皮膚時(shí)，開關(guān)控制電路102產(chǎn)生的脈沖控制電流沿路徑P1向下流動(dòng)，由此根據(jù)本發(fā)明激勵(lì)了肌細(xì)胞的橫小管。例如在帶有0.25毫秒脈沖寬度的2000Hz脈沖速度下，和取決于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)的深度，在5毫安和20毫安之間的電流強(qiáng)度變量，以及85伏到90伏之間的電壓下，探針138的頭部接觸用戶150皮膚上的任意部位160足夠在僅一秒的處理時(shí)間內(nèi)為每個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)或神經(jīng)節(jié)使身體的所有肌肉超負(fù)荷。優(yōu)選地探針138為棒狀并且具有用于接通和斷開開關(guān)電路102的開關(guān)170。探針138的頭部是固定的。然而，可以設(shè)想探針138能夠具有旋轉(zhuǎn)頭或滾動(dòng)頭。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明包括裝置200的另一實(shí)施例，該裝置200用于產(chǎn)生脈沖以刺激肌細(xì)胞橫小管。裝置200包括優(yōu)選地為555定時(shí)電路的開關(guān)電路202。定時(shí)電路202連接到定時(shí)部件，該定時(shí)部件包括電阻器204，206，電位計(jì)208，和電容210。定時(shí)電路202的輸出信號(hào)在管腳3提供并且包括脈沖序列，該脈沖序列通過電阻器121和電位計(jì)124傳遞到晶體管T2的基極端。晶體管T2優(yōu)選地為SK3103A型，并且其發(fā)射極端連接到系統(tǒng)接地。其它類似的晶體管類型也可以替代晶體管T2。
晶體管T2的集電極端連接到回掃變壓器218的一個(gè)管腳216。變壓器218使其輸入電壓升高十倍。因此輸出管腳220的電壓是輸入管腳216的電壓的十倍。二極管222，電容224和電阻器226這些部件提供了輸出的整流和濾波。也提供LED以用于指示電流何時(shí)流到連接到端點(diǎn)A和B的輸出探針。如前面的實(shí)施例所述，端點(diǎn)A和B可以連接到陰極136和探針138。
根據(jù)該實(shí)施例，定時(shí)電路202操作輸出接通和斷開晶體管T2的脈沖。當(dāng)T2在開啟狀態(tài)時(shí)，由汽車電池產(chǎn)生的12伏電壓置于變壓器218的輸出引線216兩端。這導(dǎo)致了變壓器的輸出引線220的兩端出現(xiàn)十倍的該電壓。根據(jù)本發(fā)明該高壓脈沖信號(hào)被提供于用于連接到用戶150的皮膚的端點(diǎn)A和B。可以使用電位計(jì)208和214調(diào)節(jié)脈沖持續(xù)時(shí)間和幅度以獲得選定的級(jí)別。
通過使用上述另外的實(shí)施例，電流將是輸入電流的十分之一。變壓器僅僅以經(jīng)常變化的電壓工作，從而方波的脈沖寬度增加，由于僅僅只要電壓變化變壓器就工作，因此變壓器失去了其效力。這意味著更寬的脈沖寬度并不導(dǎo)致電流增加。但是類似于那些需要獲得每秒2000個(gè)脈沖的更短脈沖寬度并不容許足夠時(shí)間以使電流變得很大，所述電流具有作為電子流速度的時(shí)間因素。盡管使用回掃變壓器而非電容的設(shè)備可以提供需要用來健壯肌肉的脈沖直流電，但是它們由于電流的限制而不能夠在大于1000Hz的脈沖速度下有效地使用。這不僅延長(zhǎng)了用戶150上個(gè)別部位160的處理時(shí)間，而且由于有1152個(gè)這些部位，因此延長(zhǎng)了全身運(yùn)用的期間。
依靠探針138施加到皮膚上這些部位160中的一個(gè)的脈沖是相同神經(jīng)沖動(dòng)的自然真實(shí)模擬，其導(dǎo)致肌肉隨著來自探針的每個(gè)脈沖而顫動(dòng)或稍微收縮。這些神經(jīng)沖動(dòng)取決于極化，去極化和再極化而起作用。極化和去極化有電子的電離輻射觸發(fā)。因此，通過依靠任一開關(guān)電路102和202改變脈沖速度和脈沖寬度，在處理下的每個(gè)肌肉能夠超負(fù)荷，就如同它正用于負(fù)重練習(xí)。這樣，肌肉能夠被健壯和增強(qiáng)而無需實(shí)際使用。太虛弱以至于不能使用的肌肉可以被增強(qiáng)，用戶150并不需要經(jīng)受要求年輕和健康者的堅(jiān)忍精神的物理處理所帶來的疼痛，筋疲力盡，和通常的無效果期。
在由β輻射定量和精確地輸送到身體進(jìn)行的肌肉健壯之外，神經(jīng)末梢分布的考慮和它們起作用的通用方法表明了所有突觸后結(jié)構(gòu)的可能恢復(fù)。所有的神經(jīng)纖維從大腦和脊髓出現(xiàn)并且中止于外圍的化學(xué)突觸，所述突觸起到化學(xué)能傳輸?shù)淖饔?。這被稱為神經(jīng)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)代謝。該營(yíng)養(yǎng)代謝作用于所有的后突觸結(jié)構(gòu)，它們是肌肉或器官或腺。所有的化學(xué)突觸發(fā)生在簇中，無論這些簇被稱為神經(jīng)肌肉接頭，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)，或神經(jīng)節(jié)。通過將脈沖DC從探針端138傳遞到這些部位中的一個(gè)，用戶150可以激勵(lì)所有后突觸結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)和維持所需的蛋白合成。這可以為年齡化的慢性和退化性疾病提供高效的解決方法，上述疾病通常是由于神經(jīng)性營(yíng)養(yǎng)不良的結(jié)果，即從神經(jīng)組織到后突觸結(jié)構(gòu)神經(jīng)沖動(dòng)的減少或停止。
帶有神經(jīng)系統(tǒng)的所有多細(xì)胞機(jī)體包含兩種形式的化學(xué)能獲取和生成，該能量生成與單細(xì)胞內(nèi)能量的類電池生成不同，后者是線粒體作用的結(jié)果。帶有神經(jīng)系統(tǒng)的多細(xì)胞機(jī)體的細(xì)胞能夠被看作為電解電池而不是原電池或電池。電解電池是能量從外部源引入的電池。這尤其用于組成這些多細(xì)胞機(jī)體的神經(jīng)物質(zhì)的神經(jīng)元的場(chǎng)合；這些神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)化從而機(jī)體能夠更有效地獲取機(jī)體生存和繁殖所需的能量。這兩種形式的能量獲取作為呼吸作用和原腸形成而發(fā)生。呼吸作用允許碳氧化和二氧化碳的呼出，原腸形成允許有機(jī)分子通過消化酶和酸的腐蝕作用而分解。這兩個(gè)過程以電子的方式釋放化學(xué)能，該能量以被稱為神經(jīng)系統(tǒng)趨向性的方式分配到全身。在電化學(xué)方面這兩個(gè)過程和能量獲取形式是定期的氧化—還原反應(yīng)。與能量獲取的該方法形成對(duì)照的是光合作用，光合作用在大多數(shù)植物生命中起作用。
氧化還原反應(yīng)涉及從放熱的、氧化的、分解代謝的化學(xué)反應(yīng)到吸熱的、合成代謝的還原反應(yīng)的電子運(yùn)動(dòng)，該還原反應(yīng)與建立組織所必需的還原反應(yīng)類似。當(dāng)存在電流時(shí)類似的氧化還原反應(yīng)發(fā)生在電池中，并且腐蝕性化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在釋放電子的陰極，所述電子在陽極，即電池的接地離開電池。該氧化還原動(dòng)力，即電子的運(yùn)動(dòng)要求(1)電池的存在，該電池兩端的電壓可以在所述兩個(gè)反應(yīng)之間被測(cè)量，和(2)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的負(fù)載或電阻。根據(jù)歐姆定律V＝IR，其中I是電子運(yùn)動(dòng)的速度，R是對(duì)該運(yùn)動(dòng)的電阻，V是抵抗該電阻驅(qū)動(dòng)那些電子所需的電壓。在帶有神經(jīng)系統(tǒng)的多細(xì)胞機(jī)體的情況下，電池是細(xì)胞膜，并且分解代謝反應(yīng)發(fā)生在胃或肺中。電壓可以越過機(jī)體中任何細(xì)胞的細(xì)胞膜從胃或肺測(cè)量。當(dāng)進(jìn)行該測(cè)量時(shí)，接地電極在細(xì)胞內(nèi)部，而陰極在胃或肺中。電解電池的傳統(tǒng)場(chǎng)合是電池將電流傳遞到燒杯或玻璃管的場(chǎng)合，在所述燒杯或玻璃管中具有氣體離子或溶液中的離子。電流I來自細(xì)胞外部電池的分解代謝反應(yīng)，但是通過電池陽極傳遞到電解電池。該安排與發(fā)生在腸中的機(jī)體分解代謝消化類似，所述腸為位于機(jī)體所有細(xì)胞外部的空間，然而其自身被那些細(xì)胞的膜的屏障封閉。該分解代謝消化為機(jī)體細(xì)胞提供了化學(xué)能。無論該電池是否是生物電解電池，電池上的R或負(fù)載是電解電池內(nèi)的離子運(yùn)動(dòng)。在帶有神經(jīng)系統(tǒng)的多細(xì)胞機(jī)體的情況下這些通常為鈣、鉀或鈉的離子的運(yùn)動(dòng)為生長(zhǎng)、分裂、蛋白合成、ATP(三磷酸腺苷)的分解等所需的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)提供了必要化劑的傳遞。ATP是通用的細(xì)胞的、化學(xué)的能量存儲(chǔ)和回收機(jī)構(gòu)。釋放能量的ATP分解通過細(xì)胞中的線粒體來完成，該過程被稱為線粒體呼吸。由離子運(yùn)動(dòng)催化的吸熱的、合成代謝的、生物化學(xué)的反應(yīng)由包含在機(jī)體的消化作用和呼吸作用中的放熱的、分解代謝的反應(yīng)平衡。
觸發(fā)神經(jīng)收縮的上和下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元都通過電子向外圍的化學(xué)突觸運(yùn)動(dòng)而這樣執(zhí)行，所述突觸在遍布全身的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)或神經(jīng)節(jié)中所有的1152個(gè)突觸簇中發(fā)現(xiàn)。并非每個(gè)這些簇中的所有突觸能夠追溯到運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，但是全部都能夠追溯到神經(jīng)組織，并且全部具有相同的目的，即，以化學(xué)能(電子)的方式將神經(jīng)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)作用傳遞到位于后突觸的任何結(jié)構(gòu)，無論這些結(jié)構(gòu)是肌細(xì)胞或器官。
為了模擬類似于導(dǎo)致肌肉顫動(dòng)的神經(jīng)沖動(dòng)，要求由直流電(動(dòng)電電流或單相電流)的陽極將化學(xué)能傳遞到運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)或神經(jīng)節(jié)。這些部位是突觸簇。當(dāng)發(fā)生模擬時(shí)，與肌肉收縮必需的真實(shí)神經(jīng)沖動(dòng)類似，將鈣離子吸引到后突觸肌細(xì)胞，這些離子不僅破壞由軸突傳遞到突觸的乙酰膽堿的囊泡，而且在該部位催化線粒體的ATP分解。由該分解釋放的能量然后作為沿肌細(xì)胞的橫小管移動(dòng)的“動(dòng)作電位”傳遞到I型肌纖維。II型肌纖維的橫小管是肌細(xì)胞內(nèi)可變橫截面積的蛋白結(jié)構(gòu)。它組成了肌肉的體積并且在肌細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中產(chǎn)生，并且作為到所有I型肌纖維的動(dòng)作電位的導(dǎo)體而廣泛地分叉。I型肌纖維是實(shí)際上進(jìn)行機(jī)械收縮的纖維。
隨著動(dòng)作電位到達(dá)由廣泛分叉的橫小管形成的電突觸，鈣離子再次被吸引并越過肌細(xì)胞肌膜或膜以通過在那里發(fā)現(xiàn)的肌纖蛋白/肌球蛋白在肌細(xì)胞肌膜催化ATP的分解。這是ATP的二次分解，其激勵(lì)了那些形成I型肌纖維的蛋白的顫動(dòng)。這些顫動(dòng)的合成是肌肉收縮。
包含在橫紋肌或隨意肌功能中的是固有的電化學(xué)過程，除了將脈沖傳遞到運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)或神經(jīng)節(jié)的直流電的陽極之外該過程不能由任何對(duì)象模擬。該模擬不僅不能夠使用感應(yīng)電流，電流電，或?qū)ΨQ雙相電流，或者不能電化學(xué)的任何形式的電流，而且DC脈沖必須傳遞到特定部位160。該DC脈沖必須傳遞到在體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的1152個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)和神經(jīng)節(jié)中的一個(gè)。
這些部位的分布是可預(yù)測(cè)的和系統(tǒng)的，可以使用探針端138精確地定位它們，該探針端能夠?qū)㈦娮域?qū)動(dòng)到身體中所需的深度以作為模擬作用于該部位。在頭部和頸部的兩側(cè)具有64個(gè)這樣的部位，并且類似地，在臀部的兩側(cè)和大腿的后下側(cè)和外側(cè)有64個(gè)部位。另外在每個(gè)肢體上具有128個(gè)部位，其中64個(gè)部位引向肌肉的拉伸，64個(gè)部位引向肌肉的屈曲。從肩部到骨盆頂部的脊椎的兩側(cè)有64個(gè)部位，64個(gè)部位雙側(cè)地位于從肩部后面恰好到腰部的髂嵴前方。最后，在從肩部前面向下通過肚臍到達(dá)大腿頂部的身體腹部的兩側(cè)有64個(gè)部位。
來自運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元并沿神經(jīng)纖維微管下行的神經(jīng)沖動(dòng)或動(dòng)作電位到達(dá)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)中的化學(xué)突觸。在那里它通過神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿和鈣離子以一個(gè)功率電化學(xué)地觸發(fā)后突觸動(dòng)作電位的連續(xù)性，該功率在沿源自運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板的神經(jīng)纖維下行的過程中被放大。該放大能夠容易地從電學(xué)方程的觀點(diǎn)被理解。在方程P＝VI中為了放大神經(jīng)沖動(dòng)的功率，身體增加電子流的速度I而不是V。該速度通過對(duì)肌細(xì)胞的后突觸橫小管上電子流的阻力的減小而增加。在常數(shù)V下，為了增加I，R必須減小，V＝IR。隨著增加的I和常數(shù)V，P增加。R的減小可以通過增加移動(dòng)離子的數(shù)量而實(shí)現(xiàn)(由于電解電池中離子運(yùn)動(dòng)是R而不是I)，或者通過增加半導(dǎo)體的橫截面積而實(shí)現(xiàn)。然而，肌細(xì)胞僅僅在某些范圍的離子濃度內(nèi)正常工作。所以增加導(dǎo)體的橫截面積，即橫小管，是細(xì)胞減小R的方式。在這里合適的方程為R＝1/x2，其中x是導(dǎo)體或半導(dǎo)體的橫截面積。如果橫小管的橫截面積是神經(jīng)纖維微管的橫截面積的兩倍，那么傳遞的功率被放大四倍。
早已知道失用性肌肉萎縮導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)衰弱。這是由于神經(jīng)信息的功率放大的損失。神經(jīng)信息的放大取決于肌細(xì)胞的健康。由于橫小管的橫截面積的損失而發(fā)生放大的損失，其長(zhǎng)期伴隨著肌肉的失用性萎縮。為了再恢復(fù)該放大和伴隨它的肌肉力量，橫小管的橫截面積必須被再恢復(fù)。
肌肉的健壯傳統(tǒng)地依靠通過抗阻訓(xùn)練，即負(fù)重練習(xí)使其超負(fù)荷。這種超負(fù)荷和導(dǎo)致顫動(dòng)的脈沖的快速傳遞無差別，所述顫動(dòng)的合成被看作是肌肉收縮。當(dāng)橫小管的橫截面積被如此地減小以至于肌肉及其脆弱或者根本無用時(shí)健壯肌肉的傳統(tǒng)方法幾乎無效。健壯肌肉的傳統(tǒng)方法僅僅對(duì)于健康的肌肉和健康的神經(jīng)系統(tǒng)起作用。電化學(xué)地模擬神經(jīng)沖動(dòng)帶來了觸發(fā)由于進(jìn)行性萎縮，即橫小管橫截面積的損失而不能使用的肌肉的健壯能力。如果電化學(xué)用于使肌肉超負(fù)荷，就不需要肌肉使用來健壯肌肉。只要為仍存在的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)或神經(jīng)節(jié)提供神經(jīng)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)作用，就不需要健康的或者甚至起作用的神經(jīng)系統(tǒng)。當(dāng)這些終板區(qū)或神經(jīng)節(jié)不再存在時(shí)，由于到肌肉的神經(jīng)的切除，能夠看到該肌肉在機(jī)電圖機(jī)上呈現(xiàn)被稱為“去神經(jīng)反應(yīng)”的狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)這種情況，再多的電化學(xué)刺激也不能恢復(fù)肌肉。通過在強(qiáng)度I和甚至超過健康身體所能提供的速度下脈沖傳遞到運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)，肌肉的橫小管能夠被激勵(lì)以生長(zhǎng)橫截面積。這樣使肌肉超負(fù)荷，就如同它正受到負(fù)重練習(xí)。
根據(jù)本發(fā)明操作導(dǎo)致在優(yōu)選大約為每天1秒到大約2秒處理時(shí)間對(duì)于每個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)或神經(jīng)節(jié)使身體的所有肌肉充分超負(fù)荷。該超負(fù)荷就象進(jìn)行自然的抗阻訓(xùn)練負(fù)重練習(xí)，其觸發(fā)了作為響應(yīng)的肌細(xì)胞橫小管的橫截面積的增加。由于越過化學(xué)突觸的神經(jīng)沖動(dòng)的功率放大的增加，肌肉的收縮被增強(qiáng)。
由于涉及的是電化學(xué)，每個(gè)小的合成代謝，肌肉健壯必須被分解代謝的、腐蝕的化學(xué)反應(yīng)平衡。優(yōu)選地，該脈沖由電池106傳遞，該電池在大約85-90伏的范圍內(nèi)傳遞，并且肌肉組織的健壯被陰極136的腐蝕平衡。
由于象β輻射的電子是離子輻射，因此處理時(shí)間必須被限制以防止傷害皮膚。這種傷害將首先同樣地出現(xiàn)在任一電極，如果發(fā)現(xiàn)得早和有規(guī)則地移動(dòng)電極，皮膚的變紅將快速地消失。在面部肌肉收縮所需的約為10毫安的電流幅度下，和在2000Hz的脈沖速度下，每個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板部位的處理時(shí)間不應(yīng)當(dāng)超過8秒。每隔一天或每星期三天處理時(shí)間優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)從不需要超過一或兩秒來健壯肌肉。在需要深入諸如臀部、背部、腹部或大腿這樣的更大肌肉的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)所需的10-20毫安的更大電流強(qiáng)度下，處理時(shí)間不應(yīng)當(dāng)超過5秒，并且仍然不需要超過一或兩秒。可能需要花幾秒時(shí)間來精確地定位這些部位，但是當(dāng)定位之后它們不需要被刺激不超過一或兩秒。當(dāng)脈沖速度減小到1500Hz時(shí)或以下時(shí)，處理時(shí)間可以相應(yīng)地延長(zhǎng)。
當(dāng)通過由例如來自墻插座的電流的整流充電的電容器(condenser)提供電化學(xué)脈沖時(shí)，肌肉的合成代謝健壯不被電容器中的分解腐蝕平衡。該分解代謝的、腐蝕的化學(xué)反應(yīng)必須以另一種形式發(fā)生。為了防止在體內(nèi)該腐蝕發(fā)生在陰極136的部位60，回收由刺激電極傳遞到身體的相同數(shù)量電子的分散電極應(yīng)當(dāng)由易腐蝕金屬制造。在電化學(xué)中，由于其氧化作用或銹蝕提供了由用于觸發(fā)肌肉合成代謝的刺激電極傳遞的電子，所述電子必須另外地從用戶的身體被牽引，因此這種電極被稱為“犧牲電極”。使用腐蝕陰極的凈效應(yīng)是化學(xué)能引入和補(bǔ)充到身體。若沒有腐蝕陰極，會(huì)發(fā)生體內(nèi)現(xiàn)有化學(xué)能從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置，而未被補(bǔ)充。這對(duì)陰極下方的皮膚更苛刻，并且趨向于導(dǎo)致在該電極皮膚電離程度增加。通過從金屬而非身體牽引電子，該電離被減小。
分散電極136設(shè)計(jì)成具有比陽極探針138大得多的表面積。因此，電極136可以保留在適當(dāng)位置而刺激電極138可選擇地被定位以在高達(dá)64個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)或神經(jīng)節(jié)的部位160進(jìn)行刺激。分散電極136的尺寸應(yīng)當(dāng)至少大約為9平方英寸，而刺激電極138頭部的直徑可以小至大約等于四分之三英寸并且其優(yōu)選地大約為1平方英寸。兩個(gè)電極優(yōu)選地覆蓋著吸水紗布，例如棉或類似的紗布，該吸水紗布作為電極和皮膚之間的分界面。通過將陰極留在體內(nèi)的電荷在更大的面積上分散，單位面積的電離效果強(qiáng)度被減小。當(dāng)允許電極保持在一個(gè)位置過多時(shí)間時(shí)，該超量將在任一電極作為非常深的變紅出現(xiàn)，并且該變紅要花20分鐘以上的時(shí)間消散。電子或β輻射通過陽極，即刺激電極138的引入可以導(dǎo)致該變紅區(qū)域的起泡。另一方面，在陰極，即分散電極部位136的過量皮膚電離將帶來幾天內(nèi)皮膚的剝落和在極端的情況下，將帶來皮膚的凹痕而非水皰。分散電極的有限處理時(shí)間和頻率變化是避免該電離的最好方式。電化學(xué)的使用在體內(nèi)可能引起的傷害將首先出現(xiàn)在電流強(qiáng)度最強(qiáng)處的皮膚上。如果避免對(duì)皮膚的傷害，也不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)傷。
通過每?jī)商旎蛉煸谶\(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)或神經(jīng)節(jié)刺激1-2秒，就如同進(jìn)行負(fù)重練習(xí)，個(gè)人可以通過使肌肉超負(fù)荷而健壯肌肉，而不必使用肌肉。肌肉組織的這種健壯從未被電療的傳統(tǒng)模式實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)樵撃Ｊ讲簧婕半娀瘜W(xué)和不考慮作為電場(chǎng)釋放的必需部位的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)和神經(jīng)節(jié)的重要性。
通過β輻射，電子或化學(xué)能傳遞到關(guān)鍵部位，來自陽極探針138的可變波形和寬度的脈沖可以實(shí)現(xiàn)肌肉的電化學(xué)刺激。然而，最有效和節(jié)約時(shí)間的方法是使用脈沖寬度為0.25毫秒的方波。在V＝IR中電流速度I包含時(shí)間因素。在0.25毫秒以下的脈沖寬度下，限制通過的電流量以使任何產(chǎn)生的肌肉顫動(dòng)很弱。也可以使用斜波形成的鋸齒波形，其脈沖寬度大于0.25毫秒，該鋸齒波可以觸發(fā)期望的顫動(dòng)。然而使用更長(zhǎng)的脈沖寬度，不能獲得2000Hz的優(yōu)選頻率。取決于減小的頻率，這為每個(gè)部位延長(zhǎng)了處理時(shí)間差不多2或3秒。由于所需的是觸發(fā)顫動(dòng)，并且由于這能夠在大約0.25毫秒實(shí)現(xiàn)，因此增加的脈沖寬度趨向于對(duì)皮膚更苛刻。一旦肌肉顫動(dòng)，然后肌肉放松并且電流效果僅僅在皮膚局部，即使電流開關(guān)保留在接通位置。因此當(dāng)脈沖寬度超過0.25毫秒時(shí)，即使肌肉的健壯仍被觸發(fā)，皮膚的電離更加顯著。
不超出本發(fā)明的精神和范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)Ρ景l(fā)明的方法進(jìn)行許多改變和修改以使它適于許多使用和情況。同樣，這些和改變和修改適當(dāng)?shù)?、合理地和意味著在下述?quán)利要求等價(jià)的全部范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通過使用電化學(xué)健壯肌肉的方法，包括在每次處理時(shí)利用連接到直流電源的陽極探針選擇性地接觸覆蓋運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)/肌肉的神經(jīng)肌肉接頭的皮膚大約1秒到大約8秒的處理時(shí)間，所述探針可操作地連接到用于在5毫安到25毫安的電流幅度、大約50伏到大約120伏范圍的電壓、大約0.2毫秒到大約1毫秒范圍的持續(xù)時(shí)間和至少1000Hz的頻率下產(chǎn)生脈沖的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，對(duì)于每?jī)商觳怀^5秒的處理時(shí)間，所述電流幅度在大約10毫安到20毫安的范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述電壓在大約80伏到大約90伏的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述陽極探針每周至少兩次產(chǎn)生大約2000到大約2500個(gè)脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，吸收紗布將皮膚從所述陽極探針隔開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，經(jīng)皮陰極放置在用戶身體上的任何位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，所述陰極由腐蝕金屬組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述陰極由鐵組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述陽極探針接觸至少直徑大約等于四分之三英寸的皮膚面積，并且所述陰極在選擇性地接觸皮膚期間至少接觸大約9平方英寸的用戶身體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，吸收紗布將皮膚從所述陰極隔開。
11.一種通過使用電化學(xué)健壯肌肉的方法，包括以下步驟將經(jīng)皮陰極放置到用戶身體上的任何位置，所述經(jīng)皮陰極覆蓋用戶身體的至少9平方英寸并且由腐蝕金屬組成；利用連接到直流電源的陽極探針，選擇性地接觸覆蓋運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)且直徑至少大約為四分之三英寸的皮膚的面積，至少每星期兩次對(duì)每個(gè)部位進(jìn)行大約1秒到大約8秒的處理，所述探針可操作地連接到用于在5毫安到25毫安的電流幅度、大約50伏到大約120伏范圍的電壓、大約0.2毫秒到大約1毫秒范圍的持續(xù)時(shí)間和至少1000Hz的頻率下產(chǎn)生脈沖的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，陽極探針至少每星期兩次產(chǎn)生大約2000到大約2500個(gè)脈沖。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，吸收紗布將皮膚從所述陽極探針和所述陰極隔開。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，所述陰極由鐵組成。
15.一種通過使用電化學(xué)健壯肌肉的裝置，包括電源，用于在功率輸出端產(chǎn)生功率信號(hào)，所述功率信號(hào)具有從大約5毫安到大約25毫安的電流幅度范圍和從大約50伏到大約120伏的DC電壓范圍；脈沖發(fā)生器，用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)，所述脈沖信號(hào)具有從大約0.2毫秒到大約1毫秒范圍的持續(xù)時(shí)間和從大約1000赫茲到大約2500赫茲范圍的脈沖頻率；開關(guān)電路，用于接收脈沖信號(hào)，該開關(guān)電路具有開關(guān)輸出端，以及響應(yīng)于脈沖信號(hào)，該開關(guān)電路將開關(guān)輸出端連接到系統(tǒng)接地和從系統(tǒng)接地?cái)嚅_；具有第一端和第二端的陰極，所述第一端可拆卸地連接到開關(guān)輸出端，所述第二端定位在用戶的身體上；和具有第一端和第二端的陽極探針，所述第一端可拆卸地連接到功率輸出端，以及所述第二端包括探針，其中通過在每次處理時(shí)選擇性地使探針接觸覆蓋運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)/肌肉的神經(jīng)肌肉接頭的皮膚大約1秒到大約8秒的處理時(shí)間而健壯肌肉。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中，所述陰極是可腐蝕的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中，所述陰極包括鐵。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中，所述陰極的第二端具有至少大約9平方英寸的面積。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中，所述陽極具有覆蓋至少直徑大約等于四分之三英寸的面積的一端。
20.一種通過使用電化學(xué)健壯肌肉的裝置，包括陽極探針，耦合到功率信號(hào)，所述功率信號(hào)具有從大約5毫安到大約25毫安的電流幅度范圍和從大約50伏到大約120伏的DC電壓范圍；腐蝕陰極，其具有第一端，該第一端包括犧牲金屬材料并且具有定位在用戶身體上的至少9平方英寸的面積；和開關(guān)電路，耦合到所述陰極的第二端，該開關(guān)電路將所述陰極的第二端耦合到系統(tǒng)接地和從系統(tǒng)接地?cái)嚅_，以及，其中通過對(duì)每個(gè)部位選擇性地使探針接觸覆蓋運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)/肌肉的神經(jīng)肌肉接頭的皮膚2秒到8秒而健壯肌肉。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其中，所述開關(guān)電路在大約1000Hz到大約2500Hz范圍的頻率下將所述陰極的第二端連接到系統(tǒng)接地和從系統(tǒng)接地?cái)嚅_，并且其中所述陰極的第二端耦合到系統(tǒng)接地，持續(xù)大約0.2毫秒到大約1毫秒范圍的持續(xù)時(shí)間。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其中，所述陰極和陽極由吸收紗布覆蓋。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其中，所述陽極具有用于接通和斷開所述開關(guān)電路的開關(guān)。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其中，所述開關(guān)電路是CMOS 4538固態(tài)集成電路。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其中，所述開關(guān)電路是555定時(shí)電路。
26.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其中，所述功率信號(hào)由DC電池產(chǎn)生。
27.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其中，所述功率信號(hào)由回掃變壓器產(chǎn)生。
28.一種通過使用電化學(xué)健壯肌肉的方法，該方法包括以下步驟定位腐蝕陰極，該腐蝕陰極具有第一端，該第一端包括犧牲金屬材料并且具有在用戶身體上的至少9平方英寸的面積，所述陰極具有第二端；用功率信號(hào)激勵(lì)陽極探針，所述功率信號(hào)具有從大約5毫安到大約25毫安的電流幅度范圍和從大約50伏到大約120伏的DC電壓范圍；切換陰極的第二端，以使陰極的第二端耦合到系統(tǒng)接地和從系統(tǒng)接地?cái)嚅_；和在每次處理時(shí)選擇性地使探針接觸覆蓋運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)/肌肉的神經(jīng)肌肉接頭的皮膚大約1秒到大約8秒的處理時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種方法和裝置，用于通過在大約0.2毫秒到大約1毫秒范圍的持續(xù)時(shí)間和至少1000赫茲的頻率下，依靠覆蓋運(yùn)動(dòng)神經(jīng)終板區(qū)/肌肉的神經(jīng)肌肉接頭的陽極探針，在每個(gè)脈沖導(dǎo)致肌肉顫動(dòng)或者僅僅稍微收縮的強(qiáng)度下使用電化學(xué)來健壯和增強(qiáng)肌肉。在從大約5毫安到大約25毫安的電流和從大約50伏到大約120伏的DC電壓范圍內(nèi)應(yīng)用DC。DC電壓用于傳遞電荷，其優(yōu)選至少為3瓦。
文檔編號(hào)A61N1/32GK1741832SQ200380103826
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月20日
發(fā)明者格雷戈里·奧凱利 申請(qǐng)人:格雷戈里·奧凱利