Виникнення іонних струмів

Основні процеси, які характеризують дію ЕМП на біологічні тканини

Біологічні тканини складні за своєю природою. Склад­ність їх будови визначаєтья складністю функцій, які вони ви­­ко­нують. Деякі із тканин (м’язова, нервова) володіють ря­дом специфічних властивостей (наприклад, збудливістю, ско­рочуваністю тощо), основу яких становлять процеси, що ма­­ють електричну природу. У тканинах (особливо внутріш­ньо­го середовища) містяться заряджені частинки (це, як пра­­вило, іони), а також інші системи зарядів типу диполів, мульти­полів, цілі заряджені структури (в основному – мембрани).

Біологічні тканини не мають яскраво виражених маг­нітних властивостей, вони в основному є діамагнетиками (во­да, білки, вуглеводи тощо); для деяких біологічних молекулярних структур (вільні радикали, геми, що містять іони заліза, тощо) є характерним парамагнітний ефект при взаємодії із зовнішнім МП. Розглянемо коротко основні про­цеси, що характеризують дію зовнішнього ЕМП на БТ.

Виникнення іонних струмів

Перший вид струмів – іонні струми провідності. Вони ви­ни­кають при наявності замкнутого електричного кола між біологічними тканинами та джерелом струму. Густина стру­му визначається за законом Ома:

jпр = s× E = –s× Ñ j.

У фізіотерапії використовуються:

а) постійний електричний струм – виникає у тканинах при накладанні електродів, між якими підтримується постійна різниця потенціалів.

Методики, які використовують дію постійних іонних стру­мів: гальванізація, електрофорез.

Гальванізація – метод, в основу якого покладено пропус­кання постійного струму малої величини через тканини ор­ганізму. Апарати для гальванізації являють собою джерело постійного струму, сила якого регулюється. Основними фун­кціональними блоками апарата є: генератор високої частоти, котрий виробляє безпечну для пацієнта високочастотну (110–440 кГц) напругу, випрямляч, який перетворює високочастотну напругу в постійну, а також система електрич­ного захисту, яка уберігає пацієнта на випадок неполадок у ро­боті апарата. Робочі параметри процедури: діапазон зміни напруги – 0–60 В; робочий струм – 0–50 мА, гранично допустима густина струму – 0.1 мА / см 2.

Лікувальниий електрофорез – введення у тканини орга­ніз­­му лікарських речовин, які продисоціювали на іони, шляхом пропускання постійного струму. Широко використо­ву­єть­ся також електрофоретичний метод визначення концен­тра­ції певних видів іонів у суміші. Різна рухливість іонів до­з­воляє розділити їх на фракції в електричному полі.

б) змінний імпульсний струм іонного походження низької частоти.

Використовуються імпульсні струми, частота яких збі­га­ється із частотою зміни електрофізіологічних сигналів (часто­та не перевищує 20 кГц).

Лікувальні методики: електростимуляція та електро­ім­­пуль­сація. Для цих методик, крім частоти сигналу, важли­ве значення має також і форма імпульсу. Апарати для стиму­­ляції мають один або декілька генераторів, які створюють імпульси певної форми, частоти і тривалості. Регулятор по­тужності задає амплітуду, яка адекватна до природних фі­зіо­логічних сигналів біологічних тканин. Методики застосовуються для зняття болю, зміни секреторної та скорочувальної функцій тощо.

Високочастотні струми провідності – використовуються для діатермії, електротомії, електрокоагуляції. При цих методиках високочастотні струми не викликають специфічного подразнення, притаманного низькочастотним стру­­мам електростимуляції. Основний дію­чий фактор – це теп­лота, яка виділяється при проходженні струму. При незнач­ній густині струму здійснюється прогрів ділянок тканин (приємне відчуття теплоти), які знаходяться між електро­дами (діатермія). Збільшення густини струму може призвести до значного зростання кількості теплоти. Температура сягає значень, при яких розпочинається процес коагуляції біл­ків (електрокоагуляції). Цей режим використовується, зокре­ма, для зупинки кровотечі із судин при операціях. Збіль­шуючи густину струму між електродами, можна отримати режим, при якому за рахунок теплоти, що виділяється, почнеться процес кипіння рідини. Пара, яка створюється між електродами, розриває тканини (методика електротомії або діатермотомії). Подальше збіль­шен­ня густини струму тканини призводить до обвуглювання тканин в результаті горін­ня.

Апарати для діатермії містять генератор високої частоти (робоча частота 1.76 або 12.56 МГц) і декілька вихідних контурів, індуктивно пов’язаних з контуром генератора. Ви­ходи можуть бути біактивними і моноактивними. У пер­шо­му випадку високочастотна напруга подається на два електро­ди з однаковою площею. Нагріву підлягають всі тканини, що розміщені між електродами. У другому випадку роз­різня­ють активний електрод (електроніж) і пасивний, площа яко­го у багато разів більша від площі активного електрода. У цьо­му разі виділення теплоти відбувається тільки під активним електродом. Сучасні апарати для діатермії мають у сво­єму складі і систему електричного захисту, яка спрацьовує при небезпечних для пацієнта високочастотних струмах втрат.

Ще один вид струмів, які використовуються з лікуваль­ною метою – індукційні. Ці струми виникають у провідному се­редовищі, котре пронизане змінним магнітним потоком (Ф), за рахунок наведеної ЕРС електромагнітної індукції

= – dФ/dt.

Величину струмів (ще їх називають вихровими струма­ми або струмами Фуко) оцінимо для випадку, коли магнітна ін­дукція B змінюється за гармонічним законом В = B 0cos w t, тоді:

I = / R = – [ d (B× S)/ dt ]× (1/ R) = –(S / R) × dB / dt;

I = [ S× w / R (r)] × B 0sin w t. (5.1)

Отже, амплітуда вихрових струмів залежить як від елек­трич­них параметрів тканини (r), так і від характеристик зов­ніш­нього магніт­но­го поля (B 0, w).

Методики: індуктотермія – прогрів тканин високочастот­­ними вихровими струмами, загальна дарсонвалізація.

Третім типом струмів, які використовуються у фізіо­те­ра­пії, є струми зміщення. Із теорії електромагнітного поля ві­домо, що змінне магнітне поле створює електричне, зміна якого, в свою чергу, породжує магнітне поле. Струми, які обу­мов­лені змінним у часі електричним полем, мають назву струмів зміщення. Їх величина визначається за формулою:

j зм = d D /dt = e 0 × d E / dt+ d P / dt = e 0 × e× d E / dt.

Враховуючи струми провідності і зміщення, можна визна­чити повний струм у середовищі:

j = s× E + e 0 × e× d E / dt.