Переменный ток в биологических объектах

Переменным током называют ток, периодически изменяющийся по величине и направлению. Самый распространенный – синусоидальный переменный ток, мгновенные значения которого изменяются по гармоническому закону: u=U_msinw t или i=I_msinω t, где U_m и I_m - max значения напряжения и тока, ω=2πn - круговая частота переменного напряжения или тока.

Электросопротивление (или электропроводность) тесно связано со свойствами клеточных и межклеточных жидкостей. Измеряя относительные изменения их электросопротивления можно определить начало воспалительных процессов, что следует использовать в диагностике. В начале воспалительного процесса происходит набухание клеток и тканей, уменьшается сечение межклеточных промежутков, что ведет к возрастанию активного сопротивления. При дальнейшем развитии воспаления химический состав и структура клеток изменяются, и это ведет к уменьшению полного сопротивления. Таким образом, сильное уменьшение электросопротивления ткани на низких частотах может свидетельствовать о развитии воспалительного процесса.

Физические процессы в тканях при воздействии током и электромагнитными полями

1. Воздействие переменными токами.

Действие переменного электрического 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:

– При низких частотах порядка 50-100 Гц смещения ионов достаточны, чтобы вызвать изменение их концентрации по обе стороны клеточной мембраны, сопровождающееся раздражающим действием на клетку.

– При средних частотах раздражающее действие тока уменьшается.

– При достаточно высокой частоте порядка сотен килогерц смещения ионов становятся настолько малыми и соизмеримыми со смещением при тепловом движении, что уже не вызывают заметного изменения их концентрации и не оказывают раздражающего действия.

Снижение раздражающего действия переменного тока и соответствующее увеличение его пороговой величины в зависимости от частоты было установлено Нернстом. При частоте 0,1‑3 кГц пороговый ток i_П увеличивается прямо пропорционально корню квадратному из частоты: . При частоте 50 - 300 кГц пороговый ток i_П =К₂u , где К₁ и К₂ - постоянные.

Переменный ток частотой 4 - 5 кГц применяется, подобно импульсным токам, для целей электростимуляции, а частотой 20 - 30 кГц (при небольших силах тока) - при измерении, например, полного сопротивления тканей организма. При частоте 200 кГц и выше переменный ток не оказывает раздражающего действия, но оказывает тепловое действие, в связи, с чем высокочастотные токи применяется для тепловых лечебных процедур - прогревание глубоко лежащих тканей организма. Наибольшим удельным сопротивлением обладают кожа, жир, кости, мышцы, то они нагреваются сильнее. Наименьшее нагревание у органов, богатых кровью или лимфой – печень, легкие, лимфатические узлы.

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

Электрические колебания подразделяются по частоте на несколько диапазонов:

– Низкочастотные - частота ниже 20 Гц;

– Звуковой частоты - 20Гц - 20кГц;

– Ультразвуковые частоты (УЗ) - 20 - 200кГц и выше;

– Высокочастотные (ВЧ) - 0,2 - 30МГц;

– Ультравысокочастотные (УВЧ) - 30 300МГц;

– Сверхвысокочастотные (СВЧ) - свыше 300МГц.

Дарсонвализация, оказывает тонизирующее влияние на нервные рецепторы, используется воздействие через кожу и доступные слизистые оболочки слабым высокочастотным разрядом, который образуется между поверхностью тела и специальным электродом в виде фигурного стеклянного баллона с разреженным воздухом. К электроду подводится импульсный ток с частотой от 200 до 500кГц при напряжении до 20кВ; сила тока в тканях не превышает 15-20мА.

Нагрев тканей при дарсонвализации практически незаметен. Более существенное действие оказывают поляризационные эффекты на клеточных мембранах. При дарсонвализации происходит раздражение кожных рецепторов мелкими искрами, проскакивающими между телом и электродом. Это приводит к рефлекторным ответным реакциям со стороны внутренних органов: расширяются артериолы и капилляры в зоне действия электродов, повышает тонус венозных стенок, усиливает циркуляцию крови. Это стимулирует заживление ран и язв, оказывает болеутоляющий эффект.

Терапевтическая диатермия имеет целью получение теплового эффекта в глубоко лежащих тканях, (частота тока порядка 1-2МГц, сила тока при различных процедурах до 1-3 А. Напряжение 200 - 250В). Диатермия позволяет повысить локальную температуру тканей на 2-5^оС, причем незначительно повышается и температура всего тела. На поверхность тела накладывают металлические электроды, размер и форма которых соответствует прогреваемому органу. Сами электроды при прохождении тока практически не нагреваются. Количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока, пропорционально квадрату плотности тока и удельному сопротивлению ткани в следующем порядке для тканей: кровь, мышцы, печень, сухая кожа, легкие, жировые ткани, кости. При диатермии желательно располагать электроды поперек направления крупных кровеносных сосудов. Диатермическое повышение температуры приводит к расширению кровеносных сосудов, то есть к увеличению кровоснабжения, а также к активизации ряда биохи-мических процессов. Под влиянием прогрева повышаются бактерицидные свойства тканей. Диатермию применяют при болезнях органов дыхания, нефритах, артритах.

Хирургическая диатермия. Хирургическое воздействие высокочастотным током на ткани с целью их рассечения или коагуляции.

При электрорезании, или электротомии, рассечение тканей осуществляется не за счет механического воздействия режущего инструмента, а в результате интенсивного парообразования тканевой жидкости в области, прилегающей к электроду. Плотность тока при электротомии доходит до 40 кА/м². Тепло, возникающее при прохождении тока через ткань, приводит к коагуляции белков, в результате чего происходит "оплавление" рассекаемой поверхности и "сваривание" кровеносных сосудов. Операционное поле при электротомии, если не задеты крупные кровеносные сосуды, бескровное. Большая плотность тока достигается тем, что площадь контакта скальпеля или иглы с поверхностью тела очень мала.

Разновидность электрохирургии - электрокоагуляция, при которой коагуляционный эффект используют для сварки кровеносных сосудов и альвеол, для крепления сетчатки к сосудистой оболочке глаза при ее отслоении и пр. Электрокоагуляцию применяют также для выжигания злокачественных опухолей. Плотность тока при коагуляции от 5 до 10кА/м². Общая сила тока при электрохирургии не более 1А.

Электрохирургия имеет перед обычной хирургии следующие преимущества:

1) малая потеря крови вследствие коагуляции стенок кровеносных сосудов;

2) малые послеоперационные боли вследствие сваривания нервных окончаний;

3) бактерицидное действие, обусловленное закупоркой кровеносных сосудов, куда не могут проникать бактерии, а также гибелью бактерий под действием тока;

4) меньшая реакция организма на подлежащие рассасыванию инородные вещества.

Все это делает данный метод более целесообразным, чем другие современные методы: лазерная, ультразвуковая или криохирургия.