12.6. Электростимуляция. Закон Лапика и Дюбуа-Реймона

Применение электрического раздражения для изменения функционального состояния клеток, органов и тканей называется электростимуляцией. Электрическое раздражение обычно передаётся объекту с помощью электродов, наложенных на него в определённых точках. При этом применяют неполяризующие электроды. В основе действия электрического тока на ткани организма лежит движение ионов в тканевых электролитах, вследствие чего изменяется объёмный состав ионов по обе стороны мембран, в результате чего в клетке происходят физические и физиологические процессы.

Доказано, что постоянный электрический ток, при установившейся своей силе, раздражающего действия на ткани организма не оказывает. Раздражение вызывается при изменении силы тока и зависит от скорости, с которой это изменение происходит. Данная закономерность называется законом Дюбуа-Реймона, который гласит, что раздражающее действие тока обусловлено ускорением при перемещении ионов тканевых электролитов:

I=dq/dt. (12.15)

Следовательно, по закону Дюбуа-Реймона

DI/dt=d²q/dt². (12.16)

Наибольшее раздражающее действие тока наблюдается в момент замыкания электрического тока под отрицательным электродом (катодом), меньшее под положительным электродом (анодом). Поэтому при электростимуляции катод является активным электродом.

Поскольку раздражающему действию свойственны быстрые изменения силы тока, для электростимуляции используются электрические импульсы, которые представляют собой одиночные импульсы или серии импульсов (посылки), а также импульсы, повторяющиеся ритмически с определённой частотой.

Раздражающее действие отдельного импульса тока зависит от:

1) формы импульса; 2) длительности (время формирования импульса); 3) амплитуды, А (наибольшее отклонение от положения равновесия); 4) периода, t_n (время полного колебания); 5) скважности (отношение периода колебания к его длительности).

При зависимости от формы имеются в виду преимущественные значения крутизны нарастания импульса, то есть зависимость от tg (рис. 12.10).

При физиологических исследованиях чаще всего применяются импульсы прямоугольной формы.

Следует иметь в виду, что ёмкостные свойства тканей могут вызвать изменение формы импульсов тока по сравнению с формой импульсов напряжения. Раздражающее действие прямоугольных импульсов в значительной мере зависит от их длительности, обусловливающей наибольшее смещение ионов за время движения импульса.

Согласно закону Дюбуа-Реймона, раздражающее действие электрического тока зависит от скорости нарастания его мгновенных значений, то есть от крутизны переднего фронта импульса. Это связано со свойством возбудимых тканей повышать порог, то есть приспосабливаться к постоянно нарастающей силе раздражения. Такое свойство тканей называется аккомодацией и характеризуется снижением порогового тока I_п при возрастании крутизны переднего фронта одиночных, но достаточно длительных импульсов.

Рис. 12.10. Крутизна фронта импульса

Способность к аккомодации у возбудимых тканей зависит от их эмоционального состояния. Действие на ткани ритмически повторяющихся одиночных импульсов называется частотным раздражением.

Частотные раздражения позволяют выявить особое свойство возбудимых тканей, которое называется мобильностью, или функциональной подвижностью, характеризуещее способность ткани давать оптимальную реакцию только в определённых пределах частоты повторения раздражающих импульсов. Определение мобильности осуществляется путём наблюдения характера реакции, при различной частоте раздражающих импульсов токов.

В настоящее время в области физиологических исследований электростимуляция перешла в клинику, где она используется в качестве лечебного воздействия при недостаточных или нарушении естественных функций тех или иных органов или систем. При лечебной электростимуляции применяются частотные раздражения в форме посылок различной длительности. Причём длительность, форма и частота должны соответствовать параметрам электровозбудимости стимулируемых образований.

Наибольшее распространение в клинике имеет электростимуляция опорно-двигательного аппарата, половой системы и сердечно-сосудистой системы, которая имеет две разновидности: 1) электростимулирующую терапию и 2) электростимуляцию миокарда.

Электростимулирующая терапия заключается в однократном (или нескольких повторных) действии на сердце электрического разряда от конденсатора, заряженного до напряжения порядка 5 кВ, через металлические электроды, наложенные на поверхность тела или, при вскрытой грудной клетке, непосредственно на сердце. Применяется для устранения фибрилляции желудочков сердца в условиях экстренной помощи.

Электростимуляция миокарда - это систематическое воздействие на сердечную мышцу импульсами незначительной силы для поддержания ритма её сокращений в случаях его патологического нарушения. В настоящее время электростимуляция миокарда производится от небольшого генератора (с собственным источником питания), который вживляется в удобном месте под кожей.

К методам электростимуляции относят воздействие импульсным током на ЦНС (головной мозг). При этом, в зависимости от характеристик и, особенно, от силы тока, может быть вызвано состояние, близкое к естественному сну (электросон) или к фармакологическому наркозу (электронаркоз).