Воздействие переменными (импульсными) токами

Действие переменного тока на организм существенно зависит от его частоты. При низких, звуковых и ультразвуковых частотах переменный ток, как и постоянный, вызывает раздражающее действие на биологические ткани. Это обусловлено смещением ионов растворов электролитов, их разделением, изменением их концентрации в разных частях клетки и межклеточного пространства.

Раздражение тканей зависит также и от формы импульса тока, длительности импульса и его амплитуды. Так, например увеличение крутизны фронта импульса уменьшает пороговую силу тока, который вызывает сокращение мышц. Это свидетельствует о том, что мышцы приспосабливаются к изменению силы тока, наступают ионные компенсационные процессы. Крутизна прямоугольного импульса очень велика (теоретически — бесконечна), поэтому для таких импульсов пороговая сила тока меньше, чем для других. Существует определенная связь между пороговой I_макс амплитудой и длительностью прямоугольного импульса, который вызывает раздражение (рис. 8). Каждой точке кривой и точкам, лежащим выше кривой, соответствуют импульсы, которые вызывают сокращение мышц. Точки, расположинные ниже кривой, отображают импульсы, не вызывающие раздражения. Кривая на рисунке называется характеристикой возбуждения. Она специфична для разных мышц.

Так как специфическое физиологическое действие электрического тока зависит от формы импульсов, то в медицине для стимуляции

центральной нервной системы (электросон, электронаркоз), нервно-мышечной системы, сердечно-сосудистой системы (кардиостимуляторы, дефибрилляторы) и т. д. используют токи с различной временной зависимостью.

Рис. 9 Ток с импульсами прямоугольной формы с длительностью импульсов т_и = 0,1 -1 мс и диапазоном частот 5—150 Гц используют для лечения электросном, токи

Рис.10 (а, б, в)

с т_и = 0,8—3 мс и диапазоном частот а) 1—1,2 Гц применяют во вживляе­мых (имплантируемых) кардиости­муляторах. Ток с импульсами тре­угольной формы (рис.10, а; с т_и = = 1—1,5 мс, частота 100 Гц), а так­же с импульсами экспоненциальной формы (рис.10, б; т_и = 3—60 мс, частоты 8—80 Гц) применяют для возбуждения мышц, в частности при электрогимнастике. Для разных ви­дов электролечения используют диа-динамические токи, предложенные Бернаром. На рис.10, в показана форма одного из видов такого им­пульсного тока, частота следования импульсов около 100 Гц.

Действие переменного (гармонического) тока на организм при низких, звуковых и ультразвуковых частотах оценивается сле­дующими пороговыми значениями: порогом ощутимого тока и порогом неотпускающего тока.

Порогом ощутимого тока называют наименьшую силу тока, раздражающее действие которого ощущает человек. Эта величина зависит от места и площади контакта тела с подведенным нап­ряжением, частоты тока, индивидуальных особенностей челове­ка (пол, возраст, специфика организма). Для однородных групп испытуемых порог ощутимого тока подчиняется закону нормаль­ного распределения со средним значением около 1 мА на частоте 50 Гц у мужчин для участка предплечье — кисть, на рис. 11(кривая 1) показана зависимость среднего значения порога ощу­тимого тока для этой группы испытуемых от частоты тока.

Рис.11

Если увеличивать силу тока от порога ощутимого его значе­ния, то можно вызвать такое сгибание сустава, при котором при котором человек не смо­жет самостоятельно разжать руку и ос­вободиться от проводника — источни­ка напряжения. Минимальную силу этого тока называют порогом неот­пускающего тока. Токи меньшей си­лы являются отпускающими. Порог неотпускающего тока — важный пара­метр, его превышение может быть гу­бительным для человека. Значения порога неотпускающего тока также подчиняются закону нор­мального распределения. На рис. 11(кривая 2) графически представлена зависимость среднего по группе испытуемых муж­чин значения порога неотпускающего тока от частоты.

Воздействуя на сердце, ток может вызвать фибрилляцию желудочков, которая приводит к гибели человека. Пороговая сила тока, вызывающего фибрилляцию, зависит от плотности тока, проте­кающего через сердце, частоты и длительности его действия.

При частотах приблизительно более 500 кГц смещение ионов становится соизмеримым с их смещением в результате молекулярно-теплового движения, поэтому ток или электромагнитная волна не будет вызывать раздражающего действия. Основным первичным эффектом в этом случае является тепловое воздействие. Лечебное прогревание высокочастотными электромагнитыми колебаниями обладает рядом преимуществ перед таким традиционным и простым способом, который реализуется грелкой.

Прогревание грелкой внутренних органов осуществляется за счет теплопроводности наружных тканей — кожи и подкожножировой клетчатки. Высокочастотное прогревание происходит засчет образования теплоты во внутренних частях организма, т. е.его можно создать там, где оно нужно. Выделяемая теплота зависит от диэлектрической проницаемости тканей, их удельного сопротивления и частоты электромагнитных колебаний. Подбирая соответствующую частоту, можно осуществлять «термоселективное» воздействие, т. е. преимущественное образование теплоты в нужных тканях и органах.

Прогревание высокочастотными колебаниями удобно и тем что, регулируя мощность генератора, можно управлять мощно­стью тепловыделения во внутренних органах, а при некоторых процедурах возможно и дозирование нагрева. Кроме теплового эффекта электромагнитные колебания и волны при большой час­тоте вызывают и внутримолекулярные процессы, которые приво­дят к некоторым специфическим воздействиям.

Чтобы нагреть ткани, необходимо пропускать большой ток. Как уже было отмечено, в этих случаях постоянный ток или ток низкой, звуковой и даже ультразвуковой частот может привести к электролизу и разрушению ткани. Поэтому для нагревания то­ками используются токи высокой частоты.

Мощность тока, расходуемую на нагревание тканей, вычислим по формуле Р = I²R. Преобразуем ее, считая, что биологически ткань расположена между двумя плоскими электродами с площадью S, находящимися на расстоянии l, вплотную к ним.

Пусть плотность тока J одинакова во всех точках ткани и равна плотности тока на электродах. Учитывая, что R = l/S, получаем

где V = SI — объем ткани, р — ее удельное сопротивление. Разде­лив (1) на этот объем, получим количество теплоты q, выде­ляющееся за 1 с в 1 м³:

Как и следовало ожидать, q зависит от плотности тока и удель­ного сопротивления ткани.

Пропускание тока высокой частоты через ткань использу­ют в физиотерапевтических процедурах, называемых диатер­мией и местной дарсонвализацией.

При диатермии применяют ток частотой около 1 МГц со слабо­затухающими колебаниями, напряжение 100—150 В; сила тока несколько ампер. Так как наибольшим удельным сопротивлени­ем обладают кожа, жир, кости, мышцы, то они и нагреваются сильнее. Наименьшее нагревание у органов, богатых кровью или лимфой, — легкие, печень, лимфатические узлы. Недостаток ди­атермии — большое количество теплоты непродуктивно выделя­ется в слое кожи и подкожной клетчатке.

В последнее время диатермия уходит из терапевтической прак­тики и заменяется другими методами высокочастотного воздейст­вия. Это обусловлено повышенной опасностью диатермии: неисп­равность аппарата, случайное искрение в месте наложения элект­родов при прямом двухполюсном касании биологического объекта и значительном токе могут привести к трагическим последствиям.

Для местной дарсонвализации применяют ток частотой 100— 400 кГц, напряжение его — десятки киловольт, а сила тока не­большая — 10—15 мА.

Ток к пациенту П (рис.12) по­ступает от источника высокочастот­ных колебаний И через вакуумныйили заполненный графитом стеклян­ный электрод Э. Второго электрода нет, так как участок между точкой А цепи и пациентом обладает электро­емкостью (на рисунке на этом участке условно изображен конденсатор), что означает электропровод­ность среды для переменного тока. Действующим фактором является не только импульсный ток высокой частоты, но и электрический разряд, возникающий между кожей пациента и электродом.

Рис. 12

Дата добавления: 2013-12-13