Материал: В.П.Олейник ОВФПсБО учебное пособие

2.3. Действие электрических токов

Один из способов создания электрического поля внутри биообъекта обеспечивается подключением источника напряжения к электродам, устанавливаемым на его поверхности. Величина протекающего тока определяется напряжением источника и сопротивлением биосреды.

Сопротивление человеческого организма постоянному току на отдельных участках кожного покрова составляет в среднем 103…106 Ом и ограничено сопротивлением кожного покрова. Сопротивление внутренних органов, как правило, ниже 300…500 Ом. Преодолев сопротивление кожи, ток устремляется от электрода к электроду по тканям с наименьшим сопротивлением – кровеносным сосудам, мышцам и другим тканям с большим содержанием жидких сред, значительно отклоняясь от кратчайшего расстояния между электродами.

Специфика прохождения переменного тока связана с распределенной емкостью величиной около 0,01…0,02 мкФ/см2, образованной металлическим электродом, находящимся на поверхности кожи, и подкожными тканями. При площади электрода 100 см2 образуемая емкость составляет 1…2 мкФ, что определяет емкостный импеданс около 3200 и 32 Ом на частотах 50 Гц и 5 кГц соответственно. Поэтому на прохождение переменного тока изолирующие свойства кожи влияют в меньшей степени.

Следует также учитывать, что сопротивление биоткани нелинейно зависит от величины протекающего тока и физиологического состояния организма.

Рассмотрим более детально действие на биоструктуры токов с различными динамическими характеристиками.

Первичное действие постоянного тока на организм связано с движением ионов, их пространственным разделением и изменением концентраций в тканях. Поэтому прохождение электрического тока через биоткани как проводник второго рода (электролит) сопровождается явлением электролиза. Масса вещества, которая выделяется на электродах при прохождении тока через электролит, пропорциональна величине перенесенного заряда и может быть описана первым законом электролиза Фарадея

M = K·q = K·I· t, K = A/(F·Z),

где q – заряд, t – время протекания тока, К – коэффициент пропорциональности, F – число Фарадея, А – атомный вес, Z – валентность вещества ионов.

Для живых тканей закон электролиза выполняется условно, поэтому более справедливо выражение M ~ K·I·t.

Рассмотрим некоторые примеры использования постоянных токов в медицине для диагностических и терапевтических целей.

20

Гальванизация – воздействие на пациента с лечебной целью постоянного электрического тока величиной до 50 мА, плотностью тока не более 0,1 мА/см2 и напряжением до 80 В. Проводится с помощью электродов, подключенных к источнику постоянного тока и накладываемых на кожу пациента. Основные биофизические эффекты, которые достигаются при гальванизации:

-внутритканевый электрофорез перемещения ионов, молекул под действием внешнего электрического поля;

-изменение мембранного потенциала клеток, возбудимости тканей, образование свободных радикалов;

-усиление микроциркуляции крови и лимфы.

Лекарственный электрофорез – одновременное воздействие на организм постоянного электрического тока и лекарственного вещества, поступающего в организм с током через кожные покровы или слизистые оболочки. При электрофорезе между электродом и кожей помещают прокладку или гель, содержащие раствор лекарственного вещества. Обязательным требованием является диссоциация вещества на ионы в растворе. Лекарственные вещества, введенные с помощью постоянного тока, образуют кожно-ионное «депо», из которого посредством крово- и лимфотока распределяются по всему организму.

Электропунктурная диагностика – метод исследования фи-

зиологического состояния пациента на основе измерения электрического сопротивления постоянному току в биологически активных точках. Для измерений используются микротоковые режимы, не вызывающие существенного энергетического воздействия на организм.

Воздействие на биологические объекты импульсными то-

ками на низких, звуковых и ультразвуковых частотах вызывает смещение ионов, их разделение, изменение концентрации внутри клетки и в межклеточном пространстве. Биологический эффект – раздражение, стимуляция физиологических процессов. Величина реакции биологического объекта зависит от формы, длительности, амплитуды импульсов, а также от частоты их следования. Зависимость амплитуды порогового тока раздражения импульсов прямоугольной формы от их длительности показана на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Раздражение прямоугольными импульсами

21

Импульсные токи, используемые в лечебных целях, имеют такие характеристики:

-прямоугольной формы, частота повторения F = 1…2 Гц, длительность τи = 0,8…3 мс, применяются для электрокардиостимуляции;

-прямоугольной формы, F = 1…130 Гц, τи = 0,2…2 мс (токи Ледюка), используются для получения состояния, аналогичного физиологическому сну (электросон);

-треугольной формы, F = 100 Гц, τи = 1…1,5 мс, вызывают сокраще-

ние мышц;

- экспоненциальной формы, F = 8…100 Гц, τи = 2…60 мс (токи Лапика), применяются для стимуляции мышц или электрогимнастики.

Экспериментально установлено, что интервалы частот от 1 до 10 Гц оптимальны для возбуждения симпатических нервов; от 20 до 100 Гц – для парасимпатических; от 80 до 150 Гц – для угнетения болевой чувствительности. На основе этих данных было разработано несколько методов электролечения импульсными токами. Назовем некоторые из них.

Диадинамотерапия – воздействие на организм двумя однополярными низкочастотными импульсными токами (50 и 100 Гц). Чередование частот импульсных токов специальной формы позволяет оптимизировать режимы стимуляции и болеутоления.

Амплипульстерапия – воздействие высокочастотными токами (2…5 кГц), модулированными по амплитуде сигналами частотой от 1 до 200 Гц. Этот метод позволяет стимулировать глубоко расположенные в организме ткани за счет снижения импеданса кожного покрова.

Интерференцтерапия – одновременное воздействие двумя высокочастотными токами (3…8 кГц), разность частот которых составляет ±200 Гц (частоты биений). Отличием этого метода является локализация внутритканевой области стимуляции на частоте биений.

Действие переменных токов, в том числе и гармонических, на организм человека при низких, звуковых и ультразвуковых частотах характеризуется двумя пороговыми значениями:

-порог ощутимого тока – наименьшая сила тока, от которого человек ощущает раздражение;

-порог неотпускающего тока – минимальное значение силы тока, при котором наступает судорожное состояние (т. е. состояние, при котором человек не в состоянии самостоятельно освободиться от поражающего фактора).

На рис. 2.6 представлены графики частотной зависимости этих токов. Следует обратить внимание на то, что максимальная восприимчивость организма человека к действию переменных токов находится в области промышленных частот 50 – 60 Гц.

При небольших частотах для медицинских применений наиболее существенно раздражающее действие тока, а не тепловой эффект.

22

I, мА

100

Порог неотпускающего тока

10

0,1

Рис. 2.6. Действие гармонических токов

Нагревание биотканей токами высоких частот. При увеличе-

нии силы тока от постоянного до ультразвуковых частот возникает явление электролиза, приводящее к разрушению тканей. Поэтому для прогревания тканей используют исключительно токи высокой частоты в диапазоне 0,1…10 МГц. Оценим количество энергии, выделяющейся в единичном объеме. Допустим, что между электродами площадью S заключена однородная биосреда протяженностью ℓ с удельным сопротивлением r, через которую протекает переменный ток с эффективным значением Ι. Тогда выделяющаяся мощность в межэлектрод-

ной среде такова:

Р = Ι2R = (j2S2 r ℓ)/ S = j2 rV,

где j = Ι/ S – плотность протекающего тока, V = S ℓ - объем энерговыделения. Энергия электрического тока преобразуется в тепловую и для единичного объема составит q = j2 r.

Таким образом, больше всего нагреваются участки биотканей с большим удельным сопротивлением (кожа, жир, кости, мышцы), меньше – печень, легкие, кровеносные и лимфатические сосуды. Тепловое действие высокочастотных токов нашло свое применение медицине.

Диатермия – тепловое лечебное воздействие затухающими импульсными токами частотой около 1 МГц, амплитудным начальным напряжением 100…150 В и максимальным током в несколько ампер.

Диатермокоагуляция – прижигание или «сваривание» биотканей токами высокой частоты. Необходимое нагревание достигается при плотности тока 6…10 мА/мм2.

Дарсонвализация – нетепловое воздействие высокочастотным (100…400 кГц) импульсным током высокого напряжения (10…100 кВ)

23

и малой силой тока (10…15 мА). Смещение ионов в тканях под действием высокочастотных токов крайне мало, поэтому отсутствует явление, присущее электролизу, хотя колебание частиц в высокочастотном поле происходит с преодолением сил трения и выделением тепла. Однако при воздействии кратковременными импульсами (длительность импульса составляет несколько периодов высокочастотного тока, а частота повторения – несколько десятков герц) выделение тепла будет минимальным. Поэтому основное действие таких токов – раздражение рефлекторным путем, а лечебный эффект – болеутоление. На рис. 2.7 показана упрощенная схема процедуры дарсонвализации.

Генератор импульсов Цепь токов

смещения

Рис. 2.7. Структурная схема дарсонвализации

2.4. Воздействие магнитных полей на биологические объекты

Магнитным называется поле, оказывающее действие на движущиеся тела, обладающие электрическим зарядом, а также на тела, обладающие магнитным моментом независимо от их состояния движения. Магнитное поле характеризуется направленностью и напряженностью. Магнитное поле в веществе описывает индукция

B = µ0µH = µ0 (1+æ)H ,

где æ – магнитная восприимчивость вещества. Поскольку магнитные свойства биотканей (диамагнетики и парамагнетики) выражены достаточно слабо, т. е. | æ |≤1, то первичное влияние внешнего магнитного поля на биообъект определяется в основном силовым действием на заряды ионов. Многие возникающие биофизические явления действия статических и низкочастотных магнитных полей могут быть рассмотрены с учетом силы Лоренца Fл = qi [V i B], где qi - заряд, а V i - скорость перемещения иона.

Внутритканевый магнитофорез – явление интенсификации обменных процессов в области наложения магнитного поля, которое объясняется изменением траекторий теплового движения ионов биосреды к дуго- и спиралеобразному виду (сила Лоренца перпендику-

24