Изучение физических основ низкочастотной терапии с использованием аппарата «амплипульс-4»

Цель работы: ознакомление с теоретическими основами низкочастотной электротерапии и применением её в медицине, изучение аппарата «Амплипульс».

Литература

Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: ГЕОТАР-Медиа, 2012. – С. 363-367.

Основные вопросы

1. Электротерапия постоянным током. Гальванизация, электрофорез.

2. Теоретические основы электростимуляции.

3. Ритмическое раздражение.

4. Амплитудно-модулированные импульсы.

5. Механизм лечебного действия синусоидально-модули-рованных токов.

1. Особенности токов, используемых в интерференцтерапии, диадинамотерапии и флюктуоризации.

К низкочастотным методам электротерапии, применяемым в медицине, относятся воздействия переменными и импульсными токами низкой (до 20 Гц ) и звуковой (до 20 кГц) частоты.

Лечебный метод, при котором используется действие на ткани организма постоянного тока малой силы (десятки миллиампер), называется гальванизацией. В основе первичного действия постоянного тока на ткани организма лежат поляризационные явления, т.е. перемещение ионов тканевых электролитов вдоль силовых линий поля, в результате которого в тканевых элементах, прежде всего, внутри клетки и в окружающей её тканевой жидкости, происходит изменение концентрации ионов той или иной природы. Местное изменение концентрации ионов может влиять на кислотно-щелочное равновесие, водосодержание и другие физико-химические свойства тканей. Обычно гальванизацию совмещают с введением при помощи постоянного тока в ткани организма лекарственных веществ, образующих в растворе ионы или заряженные частицы. Растворами этих веществ смачивают прокладки под электродами. Процедура называется лечебным электрофорезом.

Электрическим импульсом называют кратковременное изменение силы тока или напряжения. Повторяющиеся импульсы называют импульсным током. При подпороговых значениях импульсные токи оказывают такое же действие, как гальванические токи, а при надпороговых значениях наблюдается эффект электростимуляции.

Применение электрических воздействий с целью возбуждения живой ткани называется электростимуляцией. Раздражение электрическими импульсами определённой формы и силы вызывает у живой ткани такую же реакцию, как и естественное возбуждение. В основе действия электрического тока на ткани организма лежит изменение распределения ионов по обе стороны клеточной мембраны, приводящее к возникновению потенциала действия клеток. В связи с этим в клетке происходит ряд биофизических процессов, вызывающих её возбуждение.

Установлено, что постоянный ток при установившейся силе тока возбуждающего действия не оказывает. Раздражение вызывается при изменении силы тока и зависит от скорости, с которой это изменение происходит, т.е. обусловлено ускорением при перемещении ионов тканевых электролитов (закон Дюбуа-Реймона). Поэтому для электростимуляции используют кратковременные электрические импульсы тока или напряжения. Применяются одиночные импульсы, посылки (серии), состоящие из определённого числа импульсов, а также импульсы, повторяющиеся ритмически с определённой частотой.

В медицине различают лечебную электростимуляцию и электродиагностику. Электродиагностика использует электровоз-будимость тканей для изучения функционального состояния органов и систем, преимущественно нервной и мышечной. При этом используют в основном одиночные импульсы или ритмически повторяющиеся одиночные импульсы.

Раздражающее действие одиночного импульса тока зависит от его амплитуды, длительности и формы (крутизны нарастания импульса). Минимальное значение силы тока, которое вызывает первичную реакцию возбудимой ткани, называется пороговой силой тока (I_п). Между пороговой силой тока и длительностью импульса (t_и) существует зависимость, которая описывается уравнением Вейса-Лапика:

,

где a, b – некоторые параметры, зависящие от природы возбудимой ткани и её функционального состояния.

Из уравнения Вейса-Лапика следует, что чем больше длительность импульса, тем меньшая требуется пороговая сила тока, чтобы вызвать возбуждение ткани (рис. 1). Это объясняется тем, что более длительные импульсы вызывают более выраженные изменения распределения ионов по обе стороны клеточной мембраны.

Рис. 1. Зависимость пороговой силы тока от длительности импульса.

Минимальное значение порогового тока, способное вызвать возбуждение, называется реобазой (A). Предельно кратковременные импульсы не оказывают раздражающего действия независимо от их амплитуды, поэтому в качестве характеристики времени раздражения вводится понятие хронаксии. Время, в течение которого должен действовать ток удвоенной реобазы, чтобы вызвать возбуждение, называется хронаксией (F). Величина хронаксии зависит от сопротивления и ёмкости мембраны, а также от временной константы активации натриевых и калиевых каналов. Хронаксия и реобаза характеризуют возбудимость органа или ткани и служат показателями их функционального состояния, следовательно, могут использоваться в качестве диагностических признаков при ряде заболеваний.

Способность тока вызывать возбуждение ткани зависит и от формы импульсов. Увеличение крутизны фронта импульса ведёт к уменьшению пороговой силы тока. Это объясняется явлением аккомодации - приспособлением ткани к постепенно нарастающей силе раздражения. Способность к аккомодации тканей также зависит от их функционального состояния и снижается при их патологических изменениях. Для таких тканей более физиологичными являются постепенно нарастающие импульсы.

Для лечебной электростимуляции, как правило, применяется ритмическое раздражение. При этом характеристики импульсов - длительность, форма и частота - должны соответствовать параметрам оптимальной электровозбудимости стимулируемых образований. Например, импульсные токи прямоугольной формы с длительностью 0,1-1,0 мс и частотой 5-150 Гц используются для лечения электросном, токи с t_и = 0,8-3,0 мс и ν = 1,0-1,2 Гц применяют в имплантируемых стимуляторах, токи треугольной формы с t_и = 3-6 мс и ν = 8-80 Гц применяют для возбуждения мышц, в частности, при электрогимнастике.

С повышением частоты импульсного тока уменьшается длительность его импульсов и, соответственно, снижается раздражающее действие, т.е. пороговый ток увеличивается. При частотах порядка нескольких сотен кГц (приблизительно более 500 кГц) переменный ток уже не оказывает раздражающего воздействия, т.к. максимальное смещение ионов делается соизмеримым со смещением ионов в тепловом движении. Такой ток используется для прогревания глубоко лежащих тканей.

В настоящее время, кроме простых форм импульсных токов, получили распространение более сложные виды.

Амплипульс-терапия представляет собой применение для лечебных целей синусоидальных модулированных по амплитуде электрических токов. Амплитудная модуляция имеет место, когда амплитуда гармонических незатухающих колебаний периодически изменяется каким-либо процессом, частота которого значительно меньше частоты самих колебаний. Если амплитуда изменяется по гармоническому закону, то колебания называются синусоидально-модулированными. Первоначальное колебание с большей частотой называется несущим. Частота периодического изменения амплитуды называется частотой модуляции. Модуляцию можно представить себе как процесс наложения колебаний (рис. 2).

Рис. 2. Амплитудная модуляция:

А - ток несущей частоты; Б - модулирующий ток; В - амплитудно-модулированный ток.

При амплитудной модуляции

i = I (1 + Mcos Ωt)sinωt,

где i - мгновенное значение тока; I(1 +McosΩt) - амплитудное значение несущих колебаний тока; Ω - угловая частота модулирующего тока; ω - угловая частота несущих колебаний тока; М - коэффициент модуляции, характеризующий амплитуду модулирующих колебаний:

.

Токи, используемые в амплипульс-терапии, являются синусоидальными с несущей частотой от 2 до 5 кГц, а модулируются они по амплитуде низкими частотами в пределах от 10 до 150 Гц.