PRINCIPI DI ELETTRONICA MEDICALE
MAGNETOTERAPIA
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Lo studio scientifico della magnetoterpia non si limita unicamente all'osservazione degli effetti terapeutici derivanti dalla somministrazione dei campi magnetici, ma è preceduto dalla conoscenza delle configurazioni circuitali delle apparecchiature elettroniche che, con particolari modalità tecniche, producono campi elettrici, magnetici od onde elettromagnetiche. L'energia veicolata in ambito biologico dai suddetti campi, deve produrre effetti biofisici non di carattere termico a cui si associano effetti terapeutici utili o addirittura indispensabili per la cura delle malattie. Quando un costruttore di magnetoterapie dichiara che un certo apparecchio medicale è in grado di produrre in modo ottimale uno o più specifici effetti terapeutici, indicando in dettaglio come si deve usare la magnetoterapia, ne afferma l'idoneità terapeutica per la cura di una o più specifiche patologie.
L'idoneità terapeutica dipende dal modo con cui una magnetoterapia è stata progettata, costruita e usata e le configurazioni circuitali elettroniche rappresentano un fondamentale punto di riferimento per la valutazione scientifica della corretta esecuzione tecnica delle magnetoterapie in quanto tali; inoltre, costituiscono la base per l'ulteriore analisi biofisica e medica.
I criteri progettuali di molte magnetoterapie sono dettati dall'osservanza di certi luoghi comuni, vale a dire di cose date come scontate, ovvero di banalizzazioni di fondamentali principi fisici e biofisici, non per colpa dei progettisti, ma per carenza di valide informazioni scientifiche. La conseguenza pratica, consiste nell'introdurre dei parametri progettuali non veritieri da cui derivano sistemi e procedure di controllo del tutto inutili o erronei. L'articolo intende fare luce sulle cause di un certo empirismo, ponendo l'accento sulle principali leggi della Fisica che ritroviamo intatte anche in ambito biologico, ma che vanno “lette” in termini biofisici. Ad esempio, esistono le magnetoterapie a bassa frequenza che generano impulsi di campo magnetico ad onda quadra. In questo caso, dato che in ambito biologico il campo magnetico agisce in modo ben diverso da quanto previsto dai luoghi comuni; la “frequenza
fisica
” di 100 Hz (valore assoluto letto sul panello della magnetoterapia) in realtà corrisponde alla “frequenza bi
ofisica
” di 200 Hz che è quella attiva, ma esistono altre incongruenze.
L'Autore, (Marco Montanari) mette a disposizione della comunità umana e scientifica la propria esperienza di oltre un lustro dedicata, tra l'altro, allo studio approfondito della magnetoterapia. Nell'articolo sono inclusi numerosi disegni e fotografie che consentono la descrizione dettagliata dei principi di funzionamento delle configurazioni elettroniche degli amplificatori per magnetoterapie a bassa e ad alta frequenza, frutto di personale esperienza. Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 2 INDICE
LE CONFIGURAZIONI ELETTRONICHE DELLE MAGNETOTERAPIE
pag.
4 Introduzione
6 Due circuiti primitivi dotati di limitata e particolare idoneità terapeutica
9 Indotto biologico
10 Cos'è una configurazione elettronica
10 /11 Definizione dell'idoneità o vocazione terapeutica di un apparecchio per magnetoterapia
13 Configurazioni elettroniche delle magnetoterapie a bassa frequenza
14 Amplificatori di impulsi a bassa frequenza monofasici e bifasici asimmetrici
16 Una cattiva impostazione scientifica determina gravi errori progettuali
23 Amplificatori di impulsi a bassa frequenza bifasici e simmetrici
25 Configurazioni elettroniche delle magnetoterapie ad alta frequenza
26 Amplificatori di impulsi di campo magnetico ad alta frequenza
28 / 29 Basi biofisiche degli apparecchi per magnetoterapia (elenco sintetico)
34 Amplificatori di impulsi di campo magnetico ed elettrico e di onde elettromagnetiche ad alta . frequenza
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 3 Le configurazioni elettroniche delle magnetoterapie
di Marco Montanari
Lo studio approfondito della magnetoterapia richiede un approccio interdisciplinare.
La conoscenza delle possibili configurazioni elettroniche delle magnetoterapie costituisce un'introduzione alla nozione composita dell'idoneità tecnico scientifica delle magnetoterapie in funzione della vocazione terapeutica dichiarata dal costruttore.
Prima di entrare nel merito, si presentano alcuni schemi elettrici che furono utilizzati all'origine della ricerca magnetoterapica.
Fig. 1. – Un primo tentativo di magnetoterapia ad alta frequenza dalla potenza irrisoria che imita una primitiva marconiterapia ­
(molto utile solo al portafoglio di chi la vendeva).
Alla fine degli anni Sessanta, quando si era ancora agli albori della ricerca, in Europa era in vendita uno scatolotto che si doveva portare al collo, da Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 4 cui usciva un'antenna a forma di cappio che terminava con un anello del diametro di circa 10 cm, ma modificabile a piacere dall'utente.
In Figura 1. ne è raffigurato lo schema di principio.
Il transistor Q1 è il componente attivo di un classico oscillatore Colpitts al quarzo (XTAL), con frequenza di oscillazione di 27 MHz.
L'onda generata è sinusoidale e di piccola ampiezza ed è amplificata alcune volte dal transistor Q2 che opera in classe A. Il segnale, prelevato dal terminale di collettore di Q2, viene inviato all'antenna enormemente accorciata che non presenta alcun tipo di accordo, la cui realizzazione sarebbe improponibile.
Il fabbricante vantava effetti sorprendenti, tra cui la cura e la prevenzione di malattie cardiache.
Il suddetto circuito non è un esempio di un'applicazione elettronica concettualmente mal riuscita perché, se realizzato con i giusti componenti è perfettamente funzionante, ma sul piano commerciale è emblematico del tentativo di illudere il consumatore che un certo circuito elettronico possegga delle doti terapeutiche, quando in realtà non ne ha nessuna !.
Tutto ciò ha già i connotati di una truffa, ma esiste anche il caso in cui un certo apparato elettronico sia effettivamente idoneo alla cura di una o di alcune condizioni patologiche, ma il venditore, forse preso dall'entusiasmo, dichiara fattibili anche altre applicazioni terapeutiche in realtà non esercitabili da quel particolare apparecchio.
Altre volte, riguardo al modo di usare una magnetoterapia, si verifica l'obbligo di osservare scrupolosamente la prescrizione miracolistica; ad esempio un'applicazione di 23 minuti al giorno guarirebbe differenti patologie infiammatorie e, per ingigantire ulteriormente il presunto potere taumaturgico dell'apparecchio, il costruttore impone il divieto di esporsi al campo magnetico per più di un'ora al giorno.
Quanto descritto non è rappresentativo di un evento raro e, come pare evidente, tutto ciò non ha nulla a che vedere con l'applicazione scientifica dei campi elettromagnetici in terapia.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 5 DUE CIRCUITI PRIMITIVI DOTATI DI LIMITATA E PARTICOLARE IDONEITA' TERAPEUTICA
Fig. 2. – Con un circuito simile a questo si effettuò il primo esperimento
in doppio cieco che dimostrò che i campi magnetici pulsati avevano un sorprendente ruolo terapeutico (1976).
Durante il secondo “Colloquio bioclimatologico” che si tenne a Monaco nel settembre 1976, fu presentato il resoconto di una serie di esperimenti, relativi all'azione terapeutica dei campi magnetici, iniziati dal Prof. Dott. R. Mecke dell'Università di Freiburg (1968) e continuati dai Dott. W. Hermann e W. Ludwig e altri, tutti ricercatori dell'Università di Tübingen (vedi articolo: “Le origini della magnetoterapia”).
In Figura 2. si osserva un circuito simile a quello utilizzato dai ricercatori in cui IC1a e IC1b sono due porte NAND nella configurazione di oscillatore a rilassamento ad onda quadra a bassissima frequenza (regolabile a scatti) ottenibile chiudendo uno o più interruttori (S 1. 2. 3).
Le frequenze variavano da circa 1 Hz fino a 15 Hz. Il condensatore C differenzia (vedi oltre) l'onda quadra e gli impulsi negativi portano in conduzione il transistor Q1 che è di tipo PNP.
Il collettore di Q1 è collegato alla bobina L dotata di traferro (nucleo di ferro dolce o di ferrite) che genera un breve, ma sufficientemente intenso campo magnetico.
In questa ancora primitiva magnetoterapia, il tipo di circuito e le ridotte Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 6 dimensioni dell'induttore non consentono un uso terapeutico esteso a molte situazioni patologiche, ma vi sono contenuti tutti gli elementi fisici fondamentali che sono alla base delle nozioni della biofisica dell'induzione elettromagnetica in ambito biologico.
Una magnetoterapia che ebbe molto successo presso i traumatologi ha lo schema circuitale osservabile in Figura 3. : Fig. 3. ­ Circuito di una magnetoterapia dalla disarmante semplicità, con cui si è dimostrato che impulsi a bassa frequenza di un debole campo magnetico, accelerano e/o riattivano l'osteosintesi e l'osteogenesi. Il circuito già elementare, è ulteriormente semplificabile.
Il trasformatore T abbassa la tensione di rete da 230 V a 12 o 24 V e, tramite il doppio deviatore S1 ­ S2, alimenta o il diodo D o il ponte di diodi P che si collegano agli induttori L1 ed L2 privi di traferro.
In questo circuito è di fondamentale importanza la totale assenza di condensatori che, alterando la forma d'onda sinusoidale, diminuirebbero ulteriormente la già bassa idoneità o vocazione terapeutica di questo tipo di magnetoterapia.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 7 L'intensità del campo magnetico varia nel tempo, seguendo l'ampiezza della semionda della frequenza di rete la cui durata è di 10 ms.
Nell'induttore fluisce la massima corrente concessa dal potenziale di picco presente ai capi della resistenza R.
Questo tipo di magnetoterapia, messo a confronto con quelle che generano onde quadre, consentì di stabilire che l'onda quadra era la migliore forma d'onda in grado di facilitare la produzione degli effetti terapeutici.
I due elettromagneti erano posizionati affacciati e con i poli contrapposti in modo che la parte anatomica veniva attraversata da un campo magnetico uniforme con intensità dichiarata di 20 – 40 Gauss.
Ne esistono ancora in commercio e da alcuni traumatologi è ancora prescritta, limitatamente all'induzione della produzione del callo osseo.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 8 INDOTTO BIOLOGICO
I circuiti alla base delle magnetoterapie, oggetto di queste pagine, sono privi di significato se l'osservatore non include nello schema elettrico la parte biologica del circuito o indotto biologico che è schematicamente rappresento come un solido concatenato col campo magnetico inducente costituito da innumerevoli spire cilindriche e coassiali che sono il luogo delle correnti indotte e, in quanto tali, sembrano apparire dal nulla nel tempuscolo in cui si verifica il fenomeno dell'induzione elettromagnetica.
L'indotto biologico ha origine nei tessuti biologici che, dal punto di vista elettrico, costituiscono un complicato conduttore di seconda specie (elettrolitico) in cui la corrente indotta è ionica. Sono prevedibili comportamenti biofisici del tutto assenti nei tessuti soggetti al solo campo elettrico; inoltre, il ciclo di isteresi del medesimo si deve presumere con area infinitesima; vale a dire che la risposta biologica all'induzione del campo magnetico è di estrema rapidità, probabilmente dell'ordine di qualche picosecondo. In pratica, il campo magnetico statico non svolge una funzione terapeutica.
L'idea dell'indotto biologico qui accennata è del tutto innovativa ed è caratterizzata da un'estrema complessità, il cui studio richiede un grande impegno sia teorico che sperimentale.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 9 Cos'è una configurazione elettronica
Gli apparecchi medicali per elettroterapia e magnetoterapia sono essenzialmente costituiti da tre sezioni o moduli fondamentali:
1. Un generatore di segnale pilota in grado di erogare singoli impulsi di breve durata, oppure un'onda quadra o sinusoidale con frequenza, forma e distribuzione costante oppure variabile nel tempo.
2. Una sezione o modulo di potenza che amplifica il segnale pilota.
3. Una interfaccia biofisica che consente di trasferire ai tessuti viventi l'energia prodotta dalla sezione di potenza; ad esempio, una o più antenne, una o più bobine, elettrodi di forme diverse e/o variamente strutturati, oppure trasduttori elettromeccanici o elettromagnetici. L'interfaccia biofisica può essere unidirezionale od anche bidirezionale, cioè l'informazione terapeutica elettromagnetica “viaggia” verso e attraverso i tessuti od anche in senso opposto. I suddetti moduli si riconoscono negli schemi elettrici precedenti: Nel primo (Figura 1.) il transistor Q1 è il modulo 1, il transistor Q2 è il modulo 2 e l'antenna A è il modulo 3.
Nel secondo schema elettrico (Figura 2.) IC1a e IC1b sono il modulo 1, il transistor Q1 è il modulo 2 e l'induttore L è il modulo 3.
Nel terzo circuito (Figura 3.) il modulo 1 è costituito dalla rete di distribuzione della corrente elettrica che fornisce anche il segnale sinusoidale a 50 Hz. Il trasformatore T, opportunamente dimensionato, mediante il doppio deviatore S1­S2 alimenta il diodo D oppure il ponte di diodi P; la resistenza R è il modulo 2 che regola la corrente e le induttanze L1 ed L2 costituiscono il modulo 3.
I moduli 2 e 3 possono essere diversamente strutturati o configurati e una singola configurazione può dare origine a diverse apparecchiature, ciascuna con proprie indicazioni terapeutiche; quanto maggiori sono queste ultime, parimenti elevata sarà anche l'idoneità terapeutica. Nella fattispecie, l'idoneità o vocazione Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 10 terapeutica di una magnetoterapia dipende essenzialmente dalla realizzazione pratica della configurazione elettronica del modulo di potenza e dai parametri elettrici e di forma dell'interfaccia biofisica, in funzione del segnale pilota.
A prova di quanto affermato, come origine di un generico elettromedicale si può prendere in considerazione il circuito di Figura 1.; se al modulo 1 composto dal transistor Q1 che genera un'onda stazionaria di 27 MHz, viene collegato un modulo di potenza, (in questo caso un particolare amplificatore di alta frequenza) la cui configurazione è qui schematicamente rappresentata:
Fig. 4. – Configurazione di un particolare amplificatore di alta frequenza per elettroterapia (applicazione per diatermia capacitiva):
L induttanza di blocco, Q componente attivo, M manipolo, IS superficie isolante (in verde), ei elettrodo indifferente
Se si sceglie il componente attivo (Q) in funzione della frequenza e della potenza da erogare e si utilizzano diverse interfacce biofisiche (M ed ei), si possono ottenere i seguenti apparecchi elettromedicali:
●
Marconiterapia: Q è una valvola termoionica di potenza (circa 200W) e per alta frequenza (AF) e l'interfaccia biofisica è costituita da due grandi elettrodi piani di forma circolare con la superficie opportunamente isolata.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 11 ●
●
●
Elettrobisturi: Q è una valvola termoionica per AF (150 – 200W) e l'interfaccia biofisica è costituita da uno o più manipoli per elettrobisturi e da un grande elettrodo indifferente.
Apparecchio per diatermia capacitiva (Figura. 4.) o resistiva:
Q è un transistor di potenza per AF e, se il manipolo è isolato, la diatermia è capacitiva, altrimenti è resistiva.
Depilatore: Q è un transistor o un mosfet di bassa potenza e il manipolo è una pinzetta di idonea forma e isolamento elettrico.
Avendo previsto un segnale pilota alla frequenza costante di 27 MHz, non tutte le apparecchiature elencate sono in grado di funzionare in modo ottimale, in ogni caso tutti i suddetti apparecchi medicali sono applicazioni diverse della medesima diatermia (è una branca dell'ipertermia) che si occupa dello studio degli effetti biofisici di tipo termico prodotti dal campo elettrico o dalle onde elettromagnetiche.
Analogamente, gli apparecchi per magnetoterapia possono essere molteplici e necessariamente non tutti ugualmente efficaci.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 12 Configurazioni elettroniche
delle magnetoterapie a bassa frequenza
Le classificazioni che seguono fanno unicamente riferimento alle configurazioni elettroniche dei moduli di potenza delle magnetoterapie e ai parametri elettrici e di forma dell'interfaccia biofisica, in funzione del segnale pilota.
Si deve rammentare che in tutte le seguenti configurazioni non sono descritti i dispositivi meccanici ed elettronici di processo e di controllo che nella pratica determinano il buon funzionamento di ogni apparecchio medicale. Come premesso, gli apparecchi che generano impulsi di campo magnetico a bassa o a bassissima frequenza, furono le prime macchine magnetoterapiche con cui si introdusse in medicina l'uso terapeutico dei campi magnetici.
Le magnetoterapie a bassa frequenza, sono classificabili in due categorie del tutto equivalenti nei riguardi dell'azione terapeutica, ma diverse per complessità e per capacità di generare campi magnetici molto intensi, la cui durata massima è dell'ordine di alcuni millisecondi.
1. Amplificatori di impulsi a bassa frequenza monofasici e bifasici asimmetrici
2. Amplificatori di impulsi a bassa frequenza bifasici simmetrici
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 13 AMPLIFICATORI DI IMPULSI A BASSA FREQUENZA
MONOFASICI E BIFASICI ASIMMETRICI
Fig. 5. – Configurazioni delle magnetoterapie a bassa frequenza che
generano impulsi di campo magnetico asimmetrici o monofasici ●
●
●
●
●
●
L = bobina (induttore di campo magnetico)
Q – Q1– Q2 – SCR = componenti attivi
D = diodo
C = condensatore
RV = resistenza variabile
Vcc = Alimentazione singola.
Sul piano elettronico queste configurazioni sono definite single­ended in quanto tutte le tensioni fanno riferimento ad un punto comune che è la massa del circuito. L'interfaccia biofisica è l'induttore L che può essere dotato di nucleo di ferrite o di ferro dolce (traferro). La sua presenza comporta un notevole aumento dell'intensità del campo magnetico in prossimità dei poli, ma è anche causa di una ridotta estensione del medesimo campo nello spazio che circonda l'elettromagnete.
Molte magnetoterapie utilizzano induttori privi di traferro, ma questa scelta non si deve per forza generalizzare.
La fondamentale caratteristica di queste configurazioni è il controllo della corrente che circola nell'interfaccia biofisica che è ottenuta in tre modi diversi.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 14 Nelle configurazioni (a) e (b) l'intensità della corrente che circola in L è ampiamente indipendente dal duty cycle del segnale pilota che è sempre un'onda quadra. Si definisce duty cycle il ciclo di lavoro D come rapporto tra l'intervallo di tempo in cui il segnale pilota è alto (in un ciclo) e la durata dell'intero ciclo. D=
T1
T
Il duty cycle viene anche espresso come percentuale di T1 rispetto al periodo T.
I componenti attivi dei circuiti di Figura 5. sono equivalenti a degli interruttori meccanici che possono essere o aperti (OFF) o chiusi (ON).
La rapida sequenza di chiusure e di aperture del circuito, nell'interfaccia biofisica (L) in particolare negli schemi (a) e (b), genera impulsi di campo magnetico (alternato e asimmetrico) e, di conseguenza, nell'indotto biologico viene prodotta una corrente alternata asimmetrica il cui verso rispetta la legge di Lenz.
Più in dettaglio, a partire dall'interfaccia biofisica; il flusso di autoinduzione elettromagnetica (Φ flusso del campo magnetico misurato in Weber) presente nell'induttore L (il cui valore è misurato in Henry) è direttamente proporzionale alla corrente (i misurata in Ampere) che lo attraversa:
Φ(t) = L i(t)
Affinché ciò si verifichi è necessario che trascorra un certo tempo (t) solitamente variabile da qualche microsecondo al millisecondo che dipende dal valore dell'induttore, trascorso il quale la corrente che fluisce nell'interfaccia biofisica non aumenta ulteriormente il flusso del campo magnetico per cui l'induttore diventa dissipativo, quindi si comporta come una resistenza che si scalda o al limite come un corto circuito.
Quanto detto si può esprimere in forma differenziale in modo da mettere in Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 15 evidenza la forza elettro motrice (f.e.m) autoindotta che nell'interfaccia biofisica si oppone alla variazione della corrente, da cui si devono detrarre le perdite previste dalla legge di Lenz e l'influenza della componente resistiva della medesima interfaccia biofisica (ri):
di t
f.e.m=−L
−ri
dt
Fintanto che persiste la f.e.m, esiste anche la variazione di flusso del campo magnetico concatenato con l'indotto biologico in cui si genera la corrente ionica; dunque, in queste condizioni una ipotetica magnetoterapia funzionerebbe correttamente, in quanto il campo magnetico statico non ha ruolo terapeutico.
Infine, si deve sottolineare che l'induzione elettromagnetica in ambito biologico è unicamente associata ai rapidi fronti ascendenti e/o discendenti di ogni impulso che hanno luogo nell'interfaccia biofisica per cui il picco di tensione nell'indotto biologico (Vi) segue la legge di Faraday – Neumann – Lenz:
vi =−
ΔΦ
Δt
L'applicazione pratica di quanto esposto è riconoscibile nella
configurazione di Figura 5. (a):
Il condensatore C è dimensionato in modo da differenziare l'onda quadra Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 16 secondo lo schema seguente:
U 2=τ
dU
(τ è la costante di tempo RC)
dt
Nello schema elettrico il transistor Q è di tipo NPN per cui solo i fronti ascendenti dell'onda quadra (T0 e T2) possono portarlo in conduzione.
I diodi D velocizzano la scarica di C e contemporaneamente accelerano l'interdizione di Q; dunque, l'interfaccia biofisica, essendo percorsa dalla corrente per un tempo molto limitato, non si scalda e nemmeno forma un corto circuito, ma la variazione di flusso è sufficiente a indurre nell'indotto biologico una corrente ionica a cui si associano alcuni effetti terapeutici.
La configurazione appena descritta si può riconoscere nello schema di Figura 2. che attualmente ha solo un interesse didattico e storico, essendo ampiamente superata dalle configurazioni (b) e (c). Nella configurazione di Figura 5. (b) il segnale pilota (sempre ad onda quadra), comanda un generatore di corrente costante composto dai transistor Q1 e Q2 e dalla resistenza variabile RV: i≈
0,6
RV
Il valore della corrente dipende dalla relazione:
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 17 dove 0,6V è la tipica tensione della giunzione base emettitore del transistor Q2; quest'ultimo controlla la corrente di base di Q1 che, a sua volta, mantiene costante la corrente di collettore che attraversa l'interfaccia biofisica (L) che, essendo sempre percorsa da corrente costante, nella fase stazionaria dell'impulso non è causa di corto circuito, ma si scalda per effetto Joule.
La resistenza RV, già descritta come variabile, nella pratica si può realizzare mediante commutazione meccanica di alcune resistenze o con altro componente elettronico con identica funzione.
UNA CATTIVA IMPOSTAZIONE SCIENTIFICA
DETERMINA GRAVI ERRORI PROGETTUALI
Si deve sottolineare l'insistenza con cui fino ad ora si è fatto riferimento in modo diretto e indiretto alla legge di Faraday – Neumann – Lenz a fondamento scientifico dell'origine dei complessi fenomeni che hanno sede nell'indotto biologico.
La maggioranza delle attuali magnetoterapie a bassa frequenza, sono purtroppo il frutto del seguente assunto teorico: “Il campo magnetico produce effetti terapeutici”, affermazione che banalizza le già enunciate fondamentali nozioni di fisica e di biofisica.
Se coloro che progettano magnetoterapie a bassa frequenza ritengono vera la suddetta affermazione, incorrono nei seguenti gravi errori concettuali:
1. Trascurano l'esistenza dell'indotto biologico oppure assimilano l'insieme [interfaccia biofisica e indotto biologico] ad un normale trasformatore elettrico.
2. Considerano terapeuticamente efficace la fase stazionaria dell'impulso.
3. Ritengono che la “potenza” di una magnetoterapia coincida con la misura dell'intensità del campo magnetico.
4. Ritengono valida la correlazione tra il valore efficace del campo magnetico e l'intensità del medesimo.
5. Quindi dimenticano che l'intensità del campo magnetico dipende sempre dal valore dell'interfaccia biofisica (induttanza di L) e dall'intensità della Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 18 corrente (nella fattispecie ΔI /Δt).
Di conseguenza, il progetto si incentra sulla variazione del duty cycle e secondariamente sulla variazione di frequenza.
Un sensore di Hall inserito nell'interfaccia biofisica genera un potenziale elettrico proporzionale all'intensità del campo magnetico che coincide con la fase stazionaria di ogni impulso di onda quadra che, dopo integrazione, è riassunta dal disegno seguente:
Se la corrente che fluisce nell'interfaccia biofisica è costante, si può giungere qualitativamente al medesimo risultato integrando gli impulsi del segnale pilota. Gli impulsi in A e in B hanno la medesima frequenza, ma il duty cycle è diverso per cui il campo magnetico di A appare più intenso di B, essendo minore il valore efficace di quest'ultimo.
Gli utilizzatori di queste magnetoterapie a bassa frequenza, non si devono stupire se a frequenza costante non avvertono differenze al presunto variare dell'intensità del campo magnetico, poiché nell'indotto biologico gli impulsi A e B hanno identiche proprietà terapeutiche.
Non è casuale che le formule riportate in questo testo, relative all'induzione elettromagnetica in ambito biologico, sono tutte rappresentate in forma differenziale.
La magnetoterapia di Figura 3. è nota per la sua bassa idoneità terapeutica, poiché le semionde sinusoidali a 50 o 100 Hz hanno un tempo di salita estremamente lento, ma purtroppo si deve anche rammentare la frequente raccomandazione empirica che tutte le magnetoterapie dovrebbero avere un segnale pilota ad onda quadra, ritenendo l'onda quadra valida in quanto tale (nel suo insieme).
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 19 Il permanere dell'ovvietà di queste false nozioni non giova a nessuno:
ai medici, ai progettisti di magnetoterapie e soprattutto a coloro che le
usano.
L'energia che viene immagazzinata nell'induttanza L è notoriamente espressa dalla seguente equazione:
1 2
E V = Li
2
Se il solenoide è cilindrico e se la sua lunghezza è molto minore del diametro, meno della metà del flusso si concatena con l'indotto biologico, quindi si ha una notevole dispersione dell'energia accumulata, poiché solo in piccola parte viene ceduta ai tessuti (vedi articolo: “L'induzione elettromagnetica in ambito biologico”).
In base a quanto esposto, risulta ancora una volta evidente che l'energia generata dalle interfacce biofisiche delle magnetoterapie a bassa frequenza non si deve valutare in funzione dell'intensità del campo magnetico statico, ma in base alla sua variazione nel tempo, vale a dire che il dato cruciale ed oggettivo è il valore della f.e.m indotta in prossimità dell'interfaccia biofisica e a distanza crescente (vedi articolo: “Modalità di somministrazione dei campi elettromagnetici pulsati (CMP)”.
La configurazione di Figura 5. ( c ) è quella che consente di produrre i migliori effetti terapeutici tramite le magnetoterapie a bassa frequenza.
La corrente impulsiva che fluisce nell'interfaccia biofisica (L) può essere elevatissima (anche centinaia di Ampere) ed è regolabile in continuità al Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 20 solo variare della tensione di carica del condensatore C (es.: 10μF) di tipo antinduttivo e con alta tensione di lavoro che viene caricato tramite un particolare alimentatore a tensione variabile con escursione da 200 V ad oltre 5.000 V (energia della scarica: da 0,2 a 125 Joule, ma non è difficile raggiungere e superare i 1.000 J).
Terminata la carica del condensatore, l'SCR (diodo controllato) passa in conduzione in modo subitaneo, mediante un singolo impulso positivo di breve durata (circa 100 microsecondi).
La fotografia oscilloscopica di Figura 6. ritrae la curva della f.e.m indotta in una singola spira dalla variazione di flusso del campo magnetico prodotto da un solenoide campione soggetto a scarica capacitiva.
Detto solenoide è in grado di generare importanti effetti terapeutici.
Fig. 6. – Solenoide campione: scarica capacitiva ­ durata 1,7 ms – frequenza 20 Hz ­
L = 1,86 mH – R = 0,62 ohm – energia della scarica 0,147 J ­ nucleo di ferrite – diametro solenoide 42 mm – filo di rame smaltato diametro 1 mm ­ (foto dell'autore)
La formula che consente di calcolare l'energia (in Joule) ottenibile dalla scarica di un condensatore è simile a quella dell'induttore: Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 21 1
2
E = CV
2
C è la capacità (espressa in Farad) e V è la tensione (in volt).
Se l'energia della scarica del condensatore è molto alta (decina o centinaia di Joule) per cui la frequenza massima può essere dell'ordine di qualche impulso al secondo (ci vuole più tempo per caricare il condensatore), in tal caso l'SCR può essere sostituito da un interruttore elettromeccanico. Questa apparecchiatura ha il difetto di essere rumorosa e ingombrante, ma sul piano terapeutico i vantaggi superano i difetti (vedi articolo: “Principi costruttivi delle magnetoterapie a bassa frequenza (VLF – ULF)”).
Ad ogni scarica del condensatore, le singole spire, che sono gli elettromagneti elementari, per autoinduzione si attraggono l'una con l'altra (effetto magnetostrittivo); detto fenomeno è avvertibile acusticamente come un tichettio più o meno sonoro che dipende dall'intensità della corrente che fluisce nell'interfaccia biofisica (L).
Questo tipo di magnetoterapia, in modo peculiare, origina un intenso dolore evocato (vedi articolo: “Il campo magnetico in azione – Effetti soggettivi”).
Si può affermare che una magnetoterapia a bassa frequenza non deve generare unicamente deboli campi magnetici, ma può e deve generare un ampio spettro di rapide variazioni di flusso associato a deboli o intensi o intensissimi campi magnetici (vedi articolo: “Il campo magnetico in azione – Effetti oggettivi”).
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 22 AMPLIFICATORI DI IMPULSI A BASSA FREQUENZA BIFASICI E SIMMETRICI
Gli amplificatori di impulsi bifasici simmetrici non sembrano in grado di migliorare l'efficacia terapeutica delle precedenti configurazioni, ma per averne l'assoluta certezza è necessaria una lunga ed esauriente sperimentazione che attualmente (nel 2008) ancora non esiste.
Un probabile fenomeno di un certo interesse è la possibilità teorica di ritardare o di ridurre l'evocazione del dolore.
Fig. 7. – Amplificatori bifasici simmetrici: L = interfaccia biofisica.
A) Amplificatore detto “a ponte” con alimentazione singola.
B) Amplificatore con alimentazione duale.
In Figura 7. in A è rappresentata la configurazione detta “a ponte” con alimentazione singola, mentre in B è osservabile un identico amplificatore, ma con alimentazione duale. In ambedue gli schemi, RV rappresenta una generica resistenza variabile che indica esclusivamente la possibilità di regolare la corrente che circola nell'interfaccia biofisica, mediante un reostato o un generatore di corrente costante.
Gli amplificatori bifasici simmetrici sono anche in grado di produrre qualunque forma d'onda tipica degli amplificatori della classe precedente, descritti in Figura 7.(a) (b) e a bassa frequenza hanno le medesime limitazioni.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 23 Fig. 8. – ( A ) Impulsi bifasi simmetrici senza ritardo.
( B ) Impulsi bifasici simmetrici con ritardo.
Nel segnale pilota si possono includere dei ritardi temporali tra cicli e/o tra semicicli (Figura 8.) e l'aumento della variabilità dello stimolo potrebbe manifestarsi con ulteriori proprietà terapeutiche, ma tutte da dimostrare.
La configurazione di Figura 7.(B) consente di operare fino ad alcune centinaia di kHz e ciò può far confluire in un unico apparecchio le proprietà singolari delle magnetoterapie a bassa frequenza insieme a quelle di più ampia portata tipica delle magnetoterapie ad alta frequenza.
Dal punto di vista costruttivo questa classe di magnetoterapie è l'unica in cui è giustificabile l'applicazione di programmi informatici di processo e di controllo. E' prevedibile una molteplicità di controlli manuali che richiede l'uso di contenitori ingombranti il cui pannello appare ricco di simboli e/o di riferimenti fisici mediati da abbreviazioni, per cui l'utente inesperto di elettronica, di magnetoterapia e di medicina, non è in grado di interagire con la macchina. Non da ultimo, come previsto nella definizione dell'idoneità terapeutica di una generica magnetoterapia, a causa dell'ampia gamma di frequenze e di potenze erogabili, queste magnetoterapie necessitano di tipologie diverse di interfacce biofisiche da applicare di volta in volta, in funzione della frequenza del segnale pilota e dall'energia generata dal modulo di potenza.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 24 Configurazioni elettroniche
delle magnetoterapie ad alta frequenza
Al pari delle magnetoterapie a bassa frequenza, anche quelle ad alta frequenza sono classificabili in due classi o tipi.
1. Amplificatori di impulsi di campo magnetico ad alta frequenza.
2. Amplificatori di impulsi di campo magnetico ed elettrico e di onde elettromagnetiche ad alta frequenza.
Riguardo alla seconda classe nel prosieguo si comprenderà il motivo della suddetta articolata enunciazione.
Le magnetoterapie ad alta frequenza di classe 1 e 2, sono le uniche apparecchiature elettroniche che in assoluto svolgono una vastissima e profonda azione terapeutica. L'origine della loro grande efficienza è probabilmente insita nella dimensione quantistica nella quale operano. I principi fisici che sono alla base del loro funzionamento dimostrano la veridicità di quanto precedentemente esposto in merito all'origine dell'interazione tra campi magnetici e le strutture viventi.
Contrariamente agli oscillatori di bassa frequenza, tutti gli oscillatori di alta frequenza non sono in grado di produrre autentiche onde quadre, erogano infatti onde sinusoidali o quasi sinusoidali, in cui il tempo di salita è decisamente esiguo, al massimo è dell'ordine di qualche nanosecondo; dunque, questa è la prova definitiva che, anche in ambito biologico, l'induzione elettromagnetica segue la legge di Faraday – Neumann – Lenz.
Le configurazioni elettroniche di ambedue le classi generano onde bifasiche asimmetriche.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 25 AMPLIFICATORI DI IMPULSI DI CAMPO MAGNETICO
AD ALTA FREQUENZA
Le magnetoterapie che generano impulsi di campo magnetico ad alta frequenza sono totipotenti, possedendo una intrinseca e completa capacità di guarire e, se costruite ad arte, sono dotate di grande idoneità terapeutica.
Fig. 9. – Configurazioni dei moduli di potenza degli amplificatori di campo magnetico ad alta frequenza. L = interfaccia biofisica ­
Lb = induttanza di blocco – C = condensatore – Q = transistor
Al pari delle configurazioni delle magnetoterapie a bassa frequenza anche quelle operanti ad alta frequenza, sul piano elettronico sono definite single­ended in quanto tutte le tensioni fanno riferimento ad un punto comune che è la massa del circuito.
In Figura 9. sono rappresentate le configurazioni in grado di generare campi magnetici ad alta frequenza e questi circuiti non si devono in alcun modo banalizzare poiché il loro scopo non è quello di svolgere un convenzionale “lavoro elettronico”, ma un “lavoro biofisico” in cui, come già premesso, è indispensabile fare riferimento alla presenza dell'indotto biologico ed è per questo motivo che il solenoide che genera il campo magnetico viene sempre definito: “interfaccia biofisica”. L'assoluta semplicità della configurazione (a) deriva dalla semplificazione della configurazione (b) ed ambedue nascondono una certa criticità nella fase di taratura della magnetoterapia.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 26 All'atto della stesura di questo articolo (febbraio 2008) non pare che in commercio esistano magnetoterapie ad alta frequenza che adottano questa configurazione (a), ma l'autore da circa quindici anni ne sperimenta continuamente l'eccellente idoneità terapeutica.
Negli anni Ottanta del secolo scorso apparvero le prime magnetoterapie ad alta frequenza che erano afflitte dalla carenza del tutto evidente di adeguata sperimentazione, quindi di nozioni biofisiche; in compenso abbondavano quelle puramente elettroniche, ma farcite di luoghi comuni.
Le ovvietà che ispiravano la costruzione delle magnetoterapie ad alta frequenza sono contenute nell'elenco delle seguenti affermazioni:
1. Le onde elettromagnetiche sono la causa di tutti gli effetti terapeutici.
2. Le frequenze più alte possiedono le migliori doti farmacologiche.
3. Le frequenze armoniche svolgono un ruolo fondamentale e maggiore è la loro estensione, maggiore è l'efficacia della magnetoterapia.
4. Per aumentare le armoniche il segnale pilota deve assolutamente essere con sweep (variazione rapida e continua della frequenza) a cui erano associati dei “programmi terapeutici”.
5. La logica conseguenza dei precedenti luoghi comuni era la ricerca di particolari interfacce biofisiche in forma di sofisticate, ma utopistiche antenne aperiodiche. 6. Le magnetoterapie devono sempre sviluppare piccole potenze elettriche; ne consegue l'installazione di batterie ricaricabili (anche per altre ragioni).
7. La magnetoterapia si può usare solo per un'ora al giorno (installazione di timer).
Le precedenti affermazioni sono tutte incentrate sulle azioni note o presunte delle onde elettromagnetiche in genere e in particolare delle altissime frequenze, ma del tutto assenti nella dimensione farmacologica della magnetoterapia. La logica conseguenza fu che, svanendo il solenoide, l'interfaccia biofisica fu convertita in una vera e propria antenna.
A questo punto il lettore potrà chiedersi se le magnetoterapie costruite in base ai suddetti principi funzionassero veramente e la risposta può essere solo metaforica: “funzionavano senza pretese, similmente all'avanzare di un'automobile col freno a mano tirato”. Solo coloro che hanno provato Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 27 anche le magnetoterapie che adottano la configurazione (a) sanno quanto sia vera questa metafora.
Attualmente esiste la tendenza a sostituire le magnetoterapie ad alta frequenza (costruite in base alle specifiche sopra elencate) con quelle a bassa frequenza che, generando più intense correnti ioniche indotte, certamente appaiono dotate di maggiore idoneità terapeutica.
Si deve anche sottolineare che le magnetoterapie a bassa frequenza hanno una buona compatibilità elettromagnetica. L'autore, per oltre un decennio ha preso in seria considerazione le suddette affermazioni (vedi oltre), ma ad una ad una le ha messe alla prova dei fatti e i risultati sono riassunti nel seguente elenco:
1. I campi magnetici impulsivi sono la causa prima di tutti gli effetti terapeutici, includendo anche quelli indotti dal solo campo elettrico.
2. Le frequenze più basse (onde lunghe e media frequenza) possiedono le migliori doti farmacologiche (la loro lunghezza d'onda consente unicamente l'interazione di campo).
3. Le frequenze fondamentali svolgono il principale ruolo terapeutico.
4. Il segnale pilota può essere indifferentemente con sweep (variazione rapida e continua della frequenza) o a frequenza costante e, per evidenziare eventuali differenze, si richiede il ricorso al doppio cieco. I “programmi terapeutici” sono privi di significato poiché la costanza dello stimolo a bassa frequenza, produce più effetti terapeutici rispetto alla sua variazione.
5. Il solenoide è l'unica interfaccia biofisica valida.
6. Gli apparecchi per magnetoterapia devono sviluppare tutte le potenze elettriche in grado di produrre tutti i possibili effetti terapeutici, come previsto nella definizione dell'idoneità terapeutica di un apparecchio per magnetoterapia.
7. La magnetoterapia si deve effettuare per ore (minimo cinque) e senza soluzione di continuo, ma esistono delle eccezioni.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 28 I campi magnetici in modo fisico svolgono un ruolo farmacologico simile a quello prodotto da sostanze chimiche, ma non esistono i fenomeni della tolleranza e dell'assuefazione; inoltre, i campi magnetici ad alta frequenza interagiscono con i farmaci (nascita della magnetofarmacologia).
8. Non da ultimo, i campi magnetici utilizzati nelle magnetoterapie sia a bassa sia ad alta frequenza, non dimostrano avere effetti nocivi a breve e a lungo termine.
I campi magnetici la cui intensità è associata a rapide variazioni di flusso e idonei per la terapia degli stati infiammatori, all'inizio del processo terapeutico generano effetti soggettivi che disturbano il malato (dolore evocato). Il significato di tale fenomenologia è autonomo ed è nettamente distinto da quello di aggravamento.
Gli autori, in articoli appositamente dedicati, illustrano in modo scientifico quanto esposto nel precedente elenco.
Si procede con la descrizione del funzionamento di una magnetoterapia ad alta frequenza la cui configurazione è quella di Figura 9.(a).
Il segnale pilota viene “confezionato” a partire da un'onda quadra con frequenza, variabile manualmente, da 28 / 30 Hz a 640 Hz in cui il periodo attivo (alto) è costante con durata da 160 a 200μs.
Quest'ultimo viene “riempito” o dalla frequenza di risonanza (vedi oltre) o da un particolare spettro continuo di frequenze (sweep); in ambedue i casi questa operazione si identifica con la taratura della magnetoterapia.
In Figura 10. si possono osservare 14 burst (“esplosioni” o meglio “pacchetti di impulsi”) del segnale pilota alla frequenza di 640 Hz.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 29 Fig. 10. – Segnale pilota (640 Hz) di magnetoterapia ad alta frequenza. (Foto dell'autore) Fig. 11. – Burst del segnale pilota (640 Hz) di magnetoterapia ad alta frequenza (Foto dell'autore). Fig. 12. – Burst del segnale pilota di magnetoterapia ad alta frequenza prima della taratura. Impulso attivo (160 microsecondi) con sweep. Le onde quasi sinusoidali risultano squadrate. (Foto dell'autore)
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 30 Fig. 13. – Interfaccia biofisica (solenoide) in risonanza 300 kHz. Burst dopo taratura. Campo magnetico indotto, ottenuto tramite sonda magnetica. Si evidenzia la asimmetria e la forma a campana di ogni burst (specialmente in alto). dell'autore) (Foto Le Figure 11. e 12. mostrano il segnale pilota antecedente la taratura finale di una magnetoterapia ad alta frequenza di prima classe.
La Figura 13. documenta l'inviluppo prodotto dallo sweep del segnale pilota in coincidenza con la risonanza propria dell'interfaccia biofisica.
Al fine di promuovere l'induzione elettromagnetica nell'indotto biologico e per ridurre la produzione di calore da parte dell'elemento attivo Q, il solenoide deve essere costruito con un elevato fattore di qualità. Qualora si utilizzassero esclusivamente burst alla frequenza propria di risonanza dell'interfaccia biofisica, gli inviluppi asimmetrici non si discostano da quelli (monofasici) visibili in Figura 11., ma aumenta la necessità di dissipare il calore prodotto da Q.
Nel caso delle magnetoterapie operanti in alta frequenza e dal punto di vista puramente elettronico, nel circuito elettrico il solenoide comprende anche il relativo cavo di connessione al generatore, per cui la frequenza di risonanza va ricercata col cavo definitivamente connesso all'interfaccia biofisica. L'unico vantaggio dell'uso di un segnale pilota con sweep consiste nel fatto che, qualora si verifichi un piccolo spostamento del valore dell'induttanza dell'interfaccia biofisica, quest'ultima è sempre in grado di entrare in risonanza. Alcuni utenti delle magnetoterapie hanno un'innata capacità di maltrattare le interfacce biofisiche, per cui devono Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 31 essere costruite in modo estremamente solido anche per evitare variazioni significative del valore dell'induttanza.
Similmente ai solenoidi soggetti a scarica capacitiva, anche quelli in alta frequenza mostrano in modo meno evidente l'effetto magnetostrittivo; avvicinando la bobina all'orecchio si ode distintamente un ronzio od un sibilo alla frequenza del segnale pilota e l'utilità consiste nella possibilità di controllare in modo empirico la buona efficienza della magnetoterapia.
Le interfacce biofisiche generano un indotto biologico la cui dimensione dipende dalla superficie del solenoide e dall'espansione tra i poli del campo magnetico utile ai fini biologici che per ora ha una profondità massima utile di 150 mm. Le magnetoterapie ad alta frequenza di prima classe hanno un'accettabile compatibilità elettromagnetica, non esistendo le condizioni elettriche necessarie per trasformare un apparecchio per magnetoterapia in un rudimentale trasmettitore di impulsi ad alta frequenza. Le armoniche si propagano per un raggio di alcuni metri dalla sorgente e con intensità rapidamente decrescente (del tutto prevedibile).
La prima configurazione (a) funziona a frequenza variabile, ma una variante a frequenza fissa è rappresentata nella figura seguente: Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 32 L'interfaccia biofisica è costituita da un circuito accordato oscillante in parallelo composto da L e C che oscilla alla frequenza di commutazione di Q1. In questo caso il campo magnetico generato da L è simmetrico e ciò riduce o annulla del tutto il fenomeno dell'evocazione del dolore. Anche la configurazione (b) (circuito accordato oscillante in serie) può oscillare a frequenza fissa o in modo aperiodico a frequenza variabile. Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 33 AMPLIFICATORI DI IMPULSI
DI CAMPO MAGNETICO ED ELETTRICO
E DI ONDE ELETTROMAGNETICHE
AD ALTA FREQUENZA
Fig. 14. – Configurazioni frutto della personale ricerca dell'autore. Lb = induttanza di blocco – C = condensatore piano ­ L = solenoide avvolto sul condensatore piano ­. ei = elettrodo indifferente
Dai primordi della ricerca e per oltre un decennio, l'autore credette che in ambito biologico l'unica interazione biofisica ad ampio spettro terapeutico fosse attuabile unicamente mediante le onde elettromagnetiche.
Cercò di migliorare la limitata idoneità terapeutica degli apparecchi per magnetoterapia ad alta frequenza che, come interfaccia biofisica, adottavano un'antenna aperiodica.
Inizialmente sperimentò numerose forme di antenne accorciate e risonanti sulle frequenze di 15 ­ 20 e 27 Mhz, mantenendo rigorosamente costante la potenza erogabile, ma con risultati terapeutici deludenti.
La logica della ricerca imponeva l'uso di misuratori di campo elettromagnetico, ma ben presto divennero inutili; infatti, non si trattava di trasmettere nello spazio delle onde elettromagnetiche, vale a dire di operare in campo lontano, ma nemmeno di operare in campo vicino, bensì direttamente a contatto con i tessuti biologici .
Il mondo dei radioamatori sovrabbonda di persone dotate di grande spirito Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 34 di osservazione unita a grande abnegazione ed è storica oltre che granitica usanza condividere a tutti i livelli la miriade di esperienze che scaturiscono dall'uso professionale di impianti ricetrasmittenti specialmente se autocostruiti. Risultava strano che nessuno avesse comunicato di avere migliorato o peggiorato la propria salute a causa delle onde elettromagnetiche anche dopo anni di esposizione e questa osservazione contribuì non poco a modificare l'ottica indagativa dell'autore.
Durante lo studio di fattibilità riguardante il possibile uso biofisico dell'antenna EH, essendo l'unica antenna (rigorosamente monobanda) in grado di operare in campo prossimo o vicino, la cui struttura suggerì all'autore l'idea di stravolgere totalmente il percorso di ricerca di una idonea interfaccia biofisica.
L'antenna EH è formata da un condensatore le cui armature sono di forma conica o cilindrica, normalmente disposte a dipolo e da uno o più induttori che hanno lo scopo di mettere in fase il campo elettrico E col campo magnetico H all'interno del condensatore e per adattare l'impedenza verso l'apparato ricetrasmittente. A dirlo sembra facilissimo, ma farlo è veramente molto difficile.
Dopo questa doverosa premessa, chiunque è in grado di comprendere che prima di cimentarsi nella titanica impresa di costruire un'antenna assimilabile ad una “protesi biofisica” che in opera costituisce un “insieme biofisico”, a titolo sperimentale ci si può approssimare al concetto insiemistico semplicemente “dimenticando” di soddisfare una delle condizioni basilari del teorema di Poynting che consiste nel mettere in fase il campo elettrico E col campo magnetico H.
Qualora l'interfaccia biofisica, che si osserva in Figura 14.(a) e (b), fosse costruita con normali componenti elettronici e/o se fosse considerata come antenna, non avrebbe nessun significato sia elettrico che biofisico.
Il condensatore C è piano e ogni armatura in origine ha un'area di 189 cm2
la capacità viene portata a circa 1000 pF togliendo parte dei lati delle armature (per i dettagli consultare: Principi costruttivi delle Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 35 magnetoterapie ad alta frequenza); quindi, sul condensatore, si avvolgono con molta cura alcune spire isolate con inizio in un'armatra e fine nell'altra e successivamente, con idonea apparecchiatura, si misura la frequenza di risonanza:
f=
1
2π LC
e il relativo campo di risonanza ( Δν) in regime sinusoidale e soprattutto in regime non sinusoidale, poiché il circuito risonante in oggetto costituisce un'applicazione molto diversa rispetto a quello normalmente in uso nei ricevitori o negli oscillatori. La frequenza di risonanza può essere “bassa”, al limite tra le onde lunghe e la media frequenza 400 ­ 500 kHz oppure “alta” tra 2,5 e 5 MHz. Il solenoide è piatto o leggermente ellittico e, non essendo cilindrico, sarebbe dispersivo cercare di calcolarne l'induttanza, per cui l'unico modo certo per conoscere le sue caratteristiche elettriche è la misura diretta.
Lo studio sistematico delle proprietà terapeutiche della suddetta interfaccia biofisica, ha permesso di comprendere alcune regole fondamentali che sono alla base della pratica della magnetoterapia che sinteticamente sono già state elencate in questo testo e che hanno consentito di perfezionare l'idoneità terapeutica degli apparecchi per magnetoterapia.
Dopo questa lunga, ma già illuminante premessa, segue la descrizione del funzionamento di un apparecchio per magnetoterapia che genera burst di campi magnetici ed elettrici ed onde elettromagnetiche.
Le interfacce biofisiche degli apparecchi per magnetoterapia ad alta frequenza di seconda classe possono funzionare nei modi già descritti per la prima classe: burst alla frequenza di risonanza oppure con sweep (vedi oltre). Procedendo per gradi, si suppone di operare con la configurazione di Figura 14.(a) in uno dei due modi previsti, ma senza usare il circuito risonante come interfaccia biofisica.
Avvicinando l'orecchio al solenoide, ma senza toccarlo, si ode lievemente Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 36 il sibilo prodotto dall'effetto magnetostrittivo, ma il circuito, non essendo chiuso verso massa, in teoria non dovrebbe funzionare. La spiegazione del fenomeno è rappresentata nella seguente illustrazione.
Non è visibile, ma esiste una capacità distribuita (più genericamente detta: parassita) verso massa il cui valore non è mai minore di 220 pF.
Nel secolo scorso era diffusa consuetudine l'autocostruzione di apparecchi radio ricetrasmittenti e coloro che vi si cimentavano conoscevano molto bene il cosiddetto “effetto mano” che impediva una corretta sintonia dei più elementari apparecchi riceventi. Il fenomeno, normalmente visto solo come inutile e disturbante, è di fondamentale importanza per il buon funzionamento di antenne ricetrasmittenti, sistemi di allarme, accumulo di cariche elettrostatiche nell'ambiente e di altre applicazioni pratiche.
Lo schema seguente rappresenta il circuito nella realtà, dove Cd è la capacità distribuita.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 37 Alla frequenza di 500 kHz la capacità distribuita ha una reattanza di circa 1.445 ohm, per cui la corrente che fluisce nel circuito LC è di qualche decina di mA, ma quando l'interfaccia biofisica viene posta in intimo contatto con l'utente (anche sopra ai vestiti), la capacità distribuita aumenta, quindi la sua reattanza capacitiva diminuisce e la corrente aumenta bruscamente e, per effetto magnetostrittivo, aumenta notevolmente anche l'intensità acustica del sibilo.
In pratica, la configurazione di Figura 14.(a) dimostra un'accettabile idoneità terapeutica di gran lunga migliore delle antenne aperiodiche. Nella figura sottostante il circuito risonante LC si chiude verso massa tramite i tessuti biologici, rappresentati dal parallelo Cp ed R, a loro volta in serie con la capacità distribuita Cd.
Dopo la scoperta dell'efficacia del circuito appena descritto, l'autore ha trascorso molto tempo nella ricerca delle dimensioni elettriche e geometriche ottimali da conferire all'interfaccia biofisica in funzione degli effetti terapeutici.
Il successivo perfezionamento fu la soppressione della capacità distribuita mediante l'uso di un elettrodo indifferente (ei) che va posto a diretto contatto con la cute al fine di eliminare l'armatura del condensatore che collega Cd a CpR.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 38 La soppressione della capacità distribuita consente di esprimere in ambito biologico tutti gli effetti biofisici ottenibili dalla potenza elettrica erogata dal circuito elettronico e ceduta all'interfaccia biofisica.
In altri termini, la particolare configurazione dell'interfaccia biofisica determina un perfetto accordo con l'impedenza propria delle strutture biologiche che vengono interessate sia dal campo magnetico sia dal campo elettrico. Quest'ultimo attraversa obbligatoriamente i tessuti biologici, producendo gli effetti terapeutici che gli competono in funzione della sua frequenza ed intensità.
La suddetta definizione è anche il prologo dell'ultimo, ma fondamentale argomento di carattere elettrico inerente la configurazione in oggetto e riguarda anche il modo articolato con cui è stato enunciato il titolo di questo capitolo.
L'interfaccia biofisica è dotata di un perfetto isolamento galvanico, per cui l'unico “contatto” elettrico possibile con le strutture biologiche è tramite le linee di campo elettrico che si espandono in modo circolare nello spazio circostante a partire da una delle armature del condensatore piano che è sempre prossimo ai tessuti biologici.
Si supponga di operare con burst alla frequenza di risonanza.
Quando il condensatore si carica, il campo elettrico periferico induce una corrente elettrica nei tessuti (spostamento di ioni o corrente di spostamento) e, tramite l'elettrodo indifferente, il circuito si chiude verso massa.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 39 Il volume corporeo interessato dal campo elettrico è ampio e profondo.
Quando il condensatore si scarica nel solenoide, il relativo campo magnetico anch'esso periferico all'induttore, si concatena con i tessuti sottostanti, generando nell'indotto biologico una nuova corrente ionica, ma con diversa intensità e con direzione perpendicolare alla prima.
Il volume corporeo interessato dal campo magnetico è spostato sulla superficie e l'area è circa quella dell'interfaccia biofisica (200 cm2).
I campi, magnetico ed elettrico sono differiti nel tempo, mentre nelle onde elettromagnetiche sono isocroni e perfettamente in fase è quindi giustificata la dizione: “Amplificatori di impulsi di campo magnetico ed elettrico ...”.
Ora, si supponga di operare nel secondo modo previsto, vale a dire con sweep. E' necessario sottolineare che sul piano elettronico questa condizione è caratterizzata da una maggiore stabilità rispetto alla precedente.
In sede di taratura si fa partire l'oscillatore ad una frequenza subito precedente il campo di risonanza in regime non sinusoidale.
Il circuito LC completa rapidamente il proprio ciclo di risonanza e, all'aumentare della frequenza, la reattanza induttiva cresce, mentre quella capacitiva diminuisce, per cui il campo elettrico e la relativa corrente ionica di spostamento (che aumenta) si incuneano profondamente nei tessuti sottostanti.
Esiste una certa parentela tra la configurazione di Figura 4. e quella di Figura 14.(b); lo studio delle configurazioni elettroniche per elettroterapia illumina il percorso di ricerca del perfezionamento degli apparecchi per magnetoterapia.
Le seguenti fotografie di tracce oscilloscopiche, ottenute mediante una singola spira non schermata, mostrano il corteo dei cicli indotti, prima magnetici poi elettrici che sono inclusi in ogni singolo burst con sweep e conseguenti al processo di taratura, il cui scopo è quello di fare coincidere l'inizio del burst con una frequenza prossima alla risonanza della interfaccia biofisica.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 40 Fig. 15. – Inviluppo bipolare simmetrico. Frequenza 640 Hz – Ampiezza 0,1 V div ­ (Foto dell'autore)
Fig. 16. – Ingrandimento della traccia precedente – A sinistra dei burst si osserva il campo magnetico con risonanza a circa 2 Mhz, e a destra il campo elettrico la cui escursione di frequenza termina a circa 5 MHz ­ Ampiezza 50 mV div ­ (Foto dell'autore)
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 41 Fig. 17. – Ingrandimento di un singolo burst – A sinistra si osserva il campo magnetico e a destra il campo elettrico. Ampiezza 50 mV div – Base tempi 20 μs div (Foto dell'autore)
Fig. 18. – Ulteriore ingrandimento di un singolo burst – A sinistra si osserva il campo magnetico e a destra il campo elettrico. Ampiezza 20 mV div – Base tempi 20 μs div (Foto dell'autore)
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 42 Le magnetoterapie che adottano il circuito risonante come interfaccia biofisica hanno come “effetto collaterale” la produzione di onde elettromagnetiche, quindi dimostrano una pessima compatibilità elettromagnetica; infatti sono in grado di interferire con le trasmissioni radio (AM ­ FM) e televisive fino al primo canale RAI e, a breve distanza dalla sorgente, la bassa frequenza del segnale pilota è udibile nel telefono fisso e nel citofono.
Dalla suddetta descrizione e dalla documentazione fotografica, risulta evidente che quest'ultima configurazione genera un campo elettrico dominante che, essendo per eccellenza depolarizzante è causa di un intenso dolore evocato, unitamente all'effetto eccitomotore che si manifesta sia in ambito nervoso che muscolare. Questa configurazione è utile per i grandi obesi, poiché il campo elettrico si diffonde e penetra in profondità nella massa corporea.
La ricerca non è terminata; sono possibili applicazioni in campo diagnostico unitamente ad altre decisamente sorprendenti, ma ancora in corso di studio.
BIBLIOGRAFIA
Paul A. Tipler – Corso di Fisica – volume II, Zanichelli, 2000
R. Touchet – Cours d'electronique – DipÔles et quadripÔles ­ Masson & Cie, 1970
Articolo pubblicato il, 11 marzo 2008
Aggiornato ..............., 12 maggio 2008
Aggiunta delle fotografie delle tracce oscilloscopiche di una magnetoterapia di alta frequenza di classe 2.
Aggiornato ................, 20 maggio 2008
L'articolo è preceduto da un Riassunto.
Aggiornato ................, 01 marzo 2009
Aggiunto disegno di interfaccia biofisica risonante a pagina 32.
Documentazione distribuita con licenza GPL da www.fieldsforlife.org 43
