20. Физические основы электротерапии и электрохирургии

Под действием постоянного электрического поля ионы, содерж-ся в биологических тканях, совершают направленное движение. При этом происходит их разделение и изменение их концентрации в различных элементах ткани. Как и при всяком протекании тока через электролит, на электродах происходит выделение веществ. Продукты электролиза являются химически активными веществами и в достаточной концентрации могут вызвать химический ожог подлежащих тканей (поэтому под электроды кладут влажные прокладки). Для предотвращения ионного дисбаланса тканей продолжительность процедур с постоянным током не превышает 20-30 минут.

Гальванизация – физиотерапевтический метод, основан на пропускании через ткани организма постоянного тока напряжением 60-80 В.

Электрофорез – метод, основанный на введении лекарственного вещества через кожу или слизистые оболочки под действием постоянного тока. При этом сочетаются воздействие на организм постоянного электрического тока и вводимого с его помощью лекарственного вещества.(добавляются лечебные эффекты конкретного лекарственного вещества)

Во время электрофореза под электроды на кожу кладут прокладки, смоченные соответствующим лекарственным препаратом. Лекарство вводят с того полюса, зарядом которого оно обладает. Через катод вводят анионы (йод, гепарин, бром), а через анод – катионы (Na, Ca, новокаин).

Электротерапия. Эффективность и методики терапевтического и хирургического использования высокочастотных токов и электромагнитных полей определяются их частотными характеристиками и интенсивностями. Ниже мы рассмотрим физические основы некоторых методов, применяемых в клинической практике.

Дарсонвализация (1892г Ж. А. Д'Арсонваля) - метод лечения импульсными токами с частотой от 200 до 500 кГц U=20 кВ; токи в тканях не превышают 15–20 мА. Для передачи тока от генератора к чел служит набор стеклянных вакуумных трубок различной формы, в которых воздух откачан до давления 2 мм рт. ст. На концах трубок находятся металлические цилиндрические контакты, которые вводят в ручку-резонатор, соединенный кабелем с ВЧ генератором. Поскольку цепи переменного тока могут быть замкнуты через емкостное сопротивление, то при поднесении стеклянного электрода цепь замыкается через конденсатор, обкладками которого служат тело и газовая плазма трубки, а диэлектриком – стекло и воздушная прослойка между телом и трубкой. При прохождении тока в трубке возникает розовато-фиолетовое свечение разреженного воздуха.

-Нагрев тканей при дарсонвализации практически незаметен, так как сила тока очень мала.

+существенное действие оказывают поляризационные эффекты на клеточных мембранах. В основе физиологического действия токов Д'Арсонваля лежат в основном рефлекторные явления.

Местная дарсонвализация – лечебное воздействие на отдельные участки тела больного слабым импульсным переменным током высокого напряжения, рис. V=100-400 кГц, I=10-15 мА и напряжением – десятки кВ. (стимулирует заживление ран и язв, оказывает болеутоляющий эффект).

+Формируется искровой разряд, который сопровождается характерным треском. Кроме физиологического действия переменного тока, возникающий искровой разряд вызывает деструкцию оболочек микроорганизмов и их гибель.

+При контактной методике действующий фактор - среднечастотный электрический ток. При дистанционной методике - фактором является искровой разряд. При обеих методиках вакуумные электроды перемещаются относительно кожи.

При общей дарсонвализации объект помещают в клетку, вокруг которой намотаны витки изолированной проволоки, соединенной в ВЧ генератором. Такая клетка представляет собой соленоид, в котором генер-ся импульсное магнитное поле. В теле пациента наводятся слабые вихревые индукционные токи, влияющие на протекание обменных процессов.

Диатермия-прогреваниие тканей высокочастотными токами. I=1-3 А U=200–250 В ν=1 -1,5 МГц.

+Прогревание избирательно зависит от частоты тока, термоселективное воздействие на ткани .

+ Сами высокочастотные токи не оказывают раздражающего действия на пациента в отличие от постоянного тока или тока промышленной частоты (раздражающее действие тока обусловлено поляризационными явлениями).

+Регулируя мощность генератора можно дозировать нагрев Кожа и подкожная клетчатка кости, мышцы - нагреваются сильнее.

Мощность- P=I²R=j²S²ρl/S=j²ρV количество теплоты в 1см3 за 1 с -- q=j2ρ

--дозировка тока при высокочастотной терапии должна быть очень тщательной, во избежании ожогов.

+ Физиологический эффект: внутритканевое повыш-е темп-ры что приводит к расширению кровеносных сосудов, т. е. к увеличению кровоснабжения, а также к активизации ряда биохимических процессов; повыш-ся фагоцитарные и бактерицидные свойства тканей.

Индуктотермия, -индуктирование высокочастотным электромагнитным полем вихревых токов в теле человека. Количество выделяемой теплоты обратно пропорционально удельному сопротивлению ткани.

+Больше нагреваются ткани богатые сосудами -мышцы.

+Физиологическое действие: оказывает более глубокое и равномерное прогревание, т.к. проводится на более высоких частотах (10–15 МГц).

+Катушки для индуктотермии содержат всего несколько витков.что следует из формулы Томсона V=1/(2π√(LC)).. Для внутренних органов катушки в виде плоской спирали, для конечностей - вокруг них обматывают 1–2 витка изолир-го кабеля, соед-го с ВЧ генератором.

Физические характеристики лечебного фактора (переменного высокочастотного тока)

-Порог ощутимого тока-минимальная сила тока раздражающее действие которой чувствует человек=1мА(50Гц) С увеличением частоты растёт. -Порог неотпускающего тока- минимальная сила тока при которой человек не в состоянии освободить конечность от действия тока.I=40-50мА (50 Гц) С увеличением частоты растёт но уже не так сильно.

Электрохирургия. Под высокочастотной электрохирургией понимают метод хирургич-го воздействия высокочастотным током на ткани животного с целью их рассечения-Диатермотомия или прижигании Диатермокоагуляция.

При, Диатермотомия рассечение тканей осуществляют за счет интенсивного парообразования тканевой жидкости в области, прилегающей к электроду. J=40 мА/мм². Тепло, возникающее при прохождении тока через ткань, приводит к коагуляции белков, в результате чего происходит «оплавление» рассекаемой поверхности и «сваривание» кровеносных сосудов (бескровные операции). Большая плотность тока достигается тем, что площадь контакта скальпеля или иглы с поверхностью тела очень мала.

Диатермокоагуляция -эффект используют для сварки кровеносных сосудов и альвеол, для крепления сетчатки к сосудистой оболочке глаза при ее отслоении и пр, а также для выжигания злокачественных опухолей и в ряде случаев). J=6-10 мА/мм². Общая сила тока при электрохирургии не превышает 1 А.

Различают активные и пассивные электроды, различных конструкций, выполняющие различные функции.

++Малая потеря крови (коагуляции стенок кровеносных сосудов); малые послеоперационные боли (сваривания нервных окончаний); бактерицидное действие; меньшая реакция организма на подлежащие рассасыванию инородные вещества; возможность легкой и быстрой смены электродов или изменением силы тока (что расширяет диапазон выполняемых задач)

Импульсная электротерапия Электросонтерапия – метод лечебного воздействия на структуры головного мозга. Для этой процедуры применяют прямоугольные импульсы с частотой 5-160 имп/с и длительностью 0,2-0,5 мс. Сила импульсного тока составляет 1-8 мА.

Транскраниальная электроанальгезия – метод лечебного воздействия на кожные покровы головы импульсными токами, вызывающими обезболивание или снижение интенсивности болевых ощущений. Для этого метода используются следующие режимы воздействия рис:

а) прямоугольные импульсы напряжением до 10 В, частотой 60-100 имп/с, длительностью 3,5-4 мс, следующие пучками по 20-50 импульсов;

б), в) прямоугольные импульсы постоянной и переменной скважности продолжительностью 0,15–0,5 мс, напряжением до 20 В, следующие с частотой 150-2000 имп/с. Сила импульсного тока при этом не превышает 1 мА.

Полусинусоидальные импульсы используются в диадинамотерапии. Основные виды таких токов представлены а) однополупериодный непрерывный с частотой 50 Гц;б) двухполупериодный непрерывный с частотой 100 Гц;в) однополупериодный ритмический – это прерывистый однополупериодный ток, посылки которого чередуются с паузами равной длительности (1-1,5 с);г) модулированный разными по длительности периодами. Ток с импульсами треугольной формы и Токи Бернара(экспоненциальная форма) применяют для возбуждения мышц(оживления тканей).

Поляризация в растворах электролитов

Электролитическая поляризация. Если в раствор электролита погрузить два электрода из одинакового металла, то каждый из них приобретает электродный потенциал, определяемый по уравнению Нернста. Это значение потенциала имеет место при электрохимическом равновесии, т. е. при отсутствии тока в цепи между электродами. При подсоединении электродов к внешнему источнику тока потенциал каждого из электродов по отношению к раствору изменяется, что сказывается на динамике перехода ионов из металла в раствор и, следовательно, на структуре приэлектродного двойного слоя: в области катода концентрация положительных ионов в двойном слое увеличится, а в области анода уменьшится и концентрации станут соответственно [с]_а и [с]_к. Это приведет к появлению в межэлектродном пространстве электрического поля, напряженность которого будет направлена противоположно напряженности внешнего поля, создаваемого источником тока, т. е. произойдет поляризация вещества между электродами. Потенциалы электродов изменятся и станут равными

E_k=E_и+RT/zFln(c)_k и E_а=E_и+RT/zFln(c)_а

E_п=E_к- E_а= (RTln(c_k /c_а))/zF

Е_п-ЭДС поляризации. Она направлена против разности потенциалов, создаваемой между электродами внешним источником тока. Величина Е_п будет, однако, определяться формулой (4.20) только в начальный момент, так как ионы электролита будут вступать в хим реакцию с электродами. Закон Ома для участка цепи, содержащего электролит, имеет вид-I=(U-Eп)/R Установление эдс поляризации и ее исчезновение характеризуют временем релаксации, которое равно примерно 10^–4– 10^–2 с.

Наличие Eп приводит к определенным трудностям при измерении сопротивления растворов электролитов, поскольку I имеет другую величину и она изменяется со временем . Эти трудности отпадают при использовании специальных неполяризующихся электродов, к которым относится, например, часто применяемый при биоэлектрических измерениях хлорсеребряный электрод AgCl. Ни при каком направлении тока поляризации электродов не происходит, вследствии выхода атомов из р-ра KCl и их соединении с AgCl.

Поверхностная поляризация. Этот вид поляризации происходит в растворах электролитов на телах, поверхности которых обладают связанными электрическими зарядами (например, биологические мембраны). К ним притягиваются из раствора ионы, образующие двойной электрический слой. Во внешнем электрическом поле происходит перераспределение ионов в двойном слое, т. е. явление поляризации. Время релаксации этого процесса от 1 мс до 1 с.

Макросгруктурная поляризация. Возникает в растворах электролитов на объектах, обладающих значительной электрической неоднородностью (например, на клетках или их органеллах). Положительные и отрицательные ионы, перемещаясь под действием внешнего электрического поля в противоположных направлениях, как в цитоплазме, так и во внеклеточной среде, доходят до поверхности мембраны и скапливаются около нее, поскольку мембрана не пропускает многие ионы через себя. В результате клетка и ее органеллы приобретают дипольные моменты. Время релаксации макроструктурной поляризации: 10^–8–10^–3 с. Этот вид поляризации играет наиболее важную роль в биологических объектах по сравнению с другими видами поляризации, поскольку любая ткань состоит из огромного количества клеток. Поэтому диэлектрическая проницаемость биообъектов, измеренная в постоянном электрическом поле, очень велика.

21

Под влиянием электрического поля ионы биологических жидкостей движутся с разной скоростью, образуют скопления около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле называемое поляризационным, в этом заключается первичное действие постоянного тока. Воздействие на организм оказывает именно I , зависящая от Rчел=1КОм.

Гальванизация – физиотерапевтический метод, основан на пропускании через ткани организма постоянного тока напряжением 60-80 В. При проведении гальванизации в подлежащих тканях активизируются системы регуляции локального кровотока. Происходит расширение просвета дермальных сосудов и возникает гиперемия кожных покровов. Расширение капилляров и повышение проницаемости их стенок происходит не только в месте приложения электродов, но и в глубоко расположенных тканях, через которые проходит постоянный электрический ток.

Электрическая схема аппарата для гальванизации:

Дозиметрия: Допустимые токи: j=0,1(mA/sm² ) I=10mA(для s=100см² электрода) в зависимости от участков тела:конечности – 20-30 мА,туловище – 15-20 мА,части лица – 3-5 мА, слизистые – 2-3 мА. Токи регулируются миллиамперметром в выходной цепи прибора. Электроды представляют собой свинцовые пластины. Также используются гидрофильные прокладки:

+Снижают U воздействия до безопасных значений.

+Прокладки исключают прижигание продуктами электролиза повар.соли. Cl^-+H₂O=HCl+O2

В связи с тем что пульсации тока вызывают физиологический эффект, отличный от действия строго постоянного тока, в аппаратах для гальванизации амплитуда пульсации выпрямленного тока не должна превышать 0,5%. Показанием для назначения гальванизации являются гипертоническая болезнь, бронхиальная астма, гастрит, радикулит, невроз и другие заболевания.

Электрофорез – метод, основанный на введении лекарственного вещества через кожу или слизистые оболочки под действием постоянного тока. При этой процедуре осуществляется сочетанное воздействие на организм постоянного электрического тока и вводимого с его помощью лекарственного вещества. Для проведения электрофореза под электроды на кожу кладут прокладки, смоченные соответствующим лекарственным препаратом. Лекарство вводят с того полюса, зарядом которого оно обладает. Через катод вводят анионы (йод, гепарин, бром), а через анод – катионы (Na, Ca, новокаин). При электрофорезе образуется сложная цепь из растворов на про­кладках и электролитов (в основном хлористого натрия), входящих в состав тканей организма. При этом ионы или заряженные частицы соответствующего знака из раствора, которым смочена прокладка, пе­реходят в подлежащие ткани организма, а из тканей организма навст­речу им поступают ионы натрия или хлора. На ← рис. условно показано также образование у полупроницаемых перегородок пространственных зарядов (скопления ионов), которое лежит в основе поляризационных явлений и, в частности, придает тканям емкостные свойства.

Введенные в организм ионы не проникают на большую глубину; они задерживаются в коже и подкожной клетчатке в области расположе­ния электродов, образуя так называемое «кожное депо», из которого затем постепенно в течение длительного срока путем диффузии они переходят в общий ток крови и разносятся по всему организму. При этом частицы теряют свой заряд, а ионы превращаются в атомы, химические свойства которых отличны от свойств ионов.

Применение: 1) невралгия, неврит (для уменьшения болей), 2) неврозы (нарушение сна), 3) воспалительные инфильтраты (для рассасывания воспалительного процесса).Противопоказания к назначению электрофореза: общие для назначения физических факторов: индивидуальная непереносимость постоянного электрического тока, наличие исскуственного водителя ритма, непереносимость фармакологического препарата, гнойничковые поражения кожи на местах наложения электродов.

22