Воздействие переменными токами

Первичное действие переменного тока и электромагнитного поля на биологические объекты в основном заключается в периодическом смещении ионов растворов электролитов и изменении поляризации диэлектриков. При частотах приблизительно более 200-500 кГц смещении 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, вследствие трения между заряженными частицами при колебательном движении.

В физиотерапии имеется большая группа методов, в основе которых лежат электромагнитные колебания и волны.

Электромагнитные колебания и волны, применяемые в медицинской практике, условно подразделяются на несколько диапазонов:

низкочастотные (НЧ) до 20 гц

звуковой частоты (ЗЧ) 20 ¸ 20 кгц

ультразвукочастотные (УЗЧ) 20 ¸ 200 кгц

высокочастотные (ВЧ) 0, 2 ¸ 30 мгц

ультравысокочастотные (УВЧ) 30 ¸ 300 мгц

сверхвысокочастотные (СВЧ) 300мГц ¸ 300 Ггц

крайневысокочастотные (КВЧ) > 300 Ггц.

Так как специфическое действие тока, особенно при небольших частотах, определяется формой импульсов, то используют токи с разной временной зависимостью.

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.

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. 15.4 (кривая 1) показана зависимость среднего значения порога ощутимого тока для этой группы испытуемых от частоты тока.

Если увеличивать силу тока от порога ощутимого его значения, то можно вызвать такое сгибание сустава, 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. 15.4 (кривая 2) графически представлона 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 электромагнитными 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 за счет 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 биологическая ткань расположена между двумя плоскими электродами с площадью S, находящимися на расстоянии l, вплотную к ним (аналогично тому, что изображено на рис. 12.28).Пусть плотность тока j одинакова во всех точках ткани и равна плотности тока на электродах. Учитывая, что R = r l/S, получаем

(15.1)

где V = SI — объем ткани, r— ее удельное сопротивление. Разделив (15.1) на этот объем, получим количество теплоты q, выделяющееся за 1 с в 1 м³:

q = j²P- (15.2)

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. 15.5) поступает от источника высокочастотных колебаний И через вакуумный или 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 [см. (14.33)] электропроводность среды для переменного тока. Действующим фактором является не только импульсный ток высокой частоты, но и электрический разряд, возникающий между кожей па­циента и электродом.

Токи высокой частоты используются также и для хирургических целей (электрохирургия).

Аппаратура электрохирургии

Имеются генераторы трех видов: ламповые, полупроводниковые и искровые. Форма сигнала:

Применяются частоты от 300 - 400 кГц до 5 МГц (будут до 40 МГц).

Мощности: в офтальмологии, например, несколько ватт до 1 кВт (рекомендуется МЭК не более 400 Вт).

Виды электрохирургии:

Цепь пациента:

		пассивный

Активные электроды изготавливаются из меди (раньше из нержавеющей стали).

Форма активных электродов: