45. Переме́нный ток, ac (англ. Alternating current — переменный ток) — электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае мгновенные значения тока и напряжения изменяются по гармоническому закону.

В устройствах-потребителях постоянного тока переменный ток часто преобразуется выпрямителями для получения постоянного тока.

Под влиянием электрического поля ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным.

Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с движением ионов, их разделением, и изменением их концентрации в разных элементах тканей и возникновением встречного поляризационного поля.

Закон Ома для биологического объекта следует записать:

,

где P(t) - э.д.с. поляризации, являющейся функцией времени.

Воздействие постоянного тока на организм зависит от силы тока, поэтому весьма существенно электрическое сопротивление тканей и прежде всего кожи. Влага, пот значительно уменьшают сопротивление, что даже при небольшом напряжении может вызвать значительный ток через организм.

Цепь переменного тока с активным сопротивлением

Рассмотрим цепь (рис. 3), в котором к активному сопротивлению (резистору) приложено синусоидальное напряжение:

U (t) = U0sin ωt

Тогда по закону Ома ток в цепи будет равен:

I (t) = U (t)/R = U0sin ωt/R = I0 sin ωt (1.12)

Мы видим, что ток и напряжение совпадают по фазе

Выясним, как изменяется со временем мощность в цепи переменного тока с резистором. Мгновенное значение мощности равно произведению мгновенных значений тока и напряжения:

p (t) = i(t)u(t) = I0 U0 sin ωt = I0 U0(1- cos2 ωt)/2 (1.13)

Из этой формулы мы видим, что мгновенная мощность всегда положительна и пульсирует с удвоенной частотой (рис. 5):

Это означает, что электрическая энергия необратимо превращается в теплоту независимо от направления тока в цепи.

Мы видим, что в цепи с резистором вся электрическая энергия необратимо превращается в тепловую энергию. Те элементы цепи, на которых происходит необратимое преобразование электрической энергии в другие виды энергии (не только в тепловую), называются активными сопротивлениями. Поэтому резистор представляет собой активное сопротивление.

Мы видим, что в цепи с резистором вся электрическая энергия необратимо превращается в тепловую энергию. Те элементы цепи, на которых происходит необратимое преобразование электрической энергии в другие виды энергии (не только в тепловую), называются активными сопротивлениями. Поэтому резистор представляет собой активное сопротивление.

Рассмотрим цепь (рис. 6), в котором к катушке индуктивности L, не обладающей активным сопротивлением (R=0), приложено синусоидальное напряжение (1.11):

Протекающий через катушку переменный ток создает в ней ЭДС самоиндукции eL. Тогда в соответствии со вторым правилом Кирхгофа можно записать:

U + eL = 0 (1.15)

Согласно закону Фарадея, ЭДС самоиндукции равна:

eL = −LdI/dt (1.16)

Подставив (1.16) в (1.15), имеем:

dI/dt = − eL/L = U/L = U0 sin ωt/L (1.17)

Интегрируя это уравнение, получим:

I =− U0cos ωt/ω L + const = U0sin (ωt − π/2)/ ωL+ const (1.18)

где const – постоянная интегрирования, которая говорит о том, что в цепи может быть и постоянный ток. При отсутствии постоянного тока она равна нулю. При отсутствии постоянного тока она равна нулю. Окончательно имеем:

I = I0 sin (ωt − π/2) (1.19)

где I0 = U0/ ωL. Деля обе части на √2, получим:

I = U/ ωL= U/ XL (1.20)

Соотношение (1.20) представляет собой закон Ома для цепи с идеальной индуктивностью, а величина XL= ωL называется индуктивным сопротивлением.

Из формулы (1.19) мы видим, что в рассмотренной цепи ток отстает по фазе от напряжения на π/2. Векторная диаграмма для этой цепи изображена на рисунке 7.

Вычислим мощность, потребляемую цепью с чисто индуктивным сопротивлением.

Мгновенная мощность равна:

p (t)= I0 U0 sin ωt(ωt − π/2)= − I0 U0 sin2 ωt/2 (1.21)

Мы видим, она изменяется по закону синуса с удвоенной частотой (рис. 8).

Положительные значения мощности соответствуют потреблению энергии катушкой, а отрицательные — возврату запасенной энергии обратно источнику.

Средняя за период мощность равна:

Т T

Pср = 1/T ∫ p(t)dt = (− I0 U0 /2T) ∫ sin2 ωt dt = 0 (1.22)

Мы видим, что цепь с индуктивностью мощности не потребляет – это чисто реактивная нагрузка.

Полное сопротивление ((импеданс) тканей организма. Физические основы реографии

Ткани организма проводят не только постоянный, но и пе ременный ток. В организме нет таких систем, которые бы ли бы подобны катушкам индуктивности, поэтому индук тивность его близка к нулю. Биологические мембраны (и, следовательно, весь ор ганизм) обладают емкостными свойствами, в связи с эт им полное сопротивление тканей организма определя ется только омическим и емкостным сопротивлениями Наличие в биологических системах емкостных элемен тов подтверждается тем, что сила тока опережает п фазе приложенное напряжение. Частотная зависимост импеданса позволяет оценить жизнеспособность тка ней организма, это важно знать для пересадки (транс плантации) тканей и органов. Импеданс тканей и орга нов зависит также и от их физиологического состояния Так, при кровенаполнении сосудов импеданс изменяет ся в зависимости от состояния сердечно-сосудисто деятельности.

Диагностический метод, основанный на регистраци применения импеданса тканей в процессе сердечно деятельности, называют реографией (импеданс-пле тизмографией). С помощью этого метода получают рео граммы головного мозга (реоэнцефалограммы), сердц (реокардиограммы), магистральных сосудов, легких печени и конечностей. Измерения обычно проводят н частоте 30 кГц. Электрический импульс и импульсный ток Электрическим импульсом называется кратковремен ное изменение электрического напряжения или силы тока. В технике импульсы подразделяются на две боль шие группы: видео– и радиоимпульсы.

Видеоимпульсы – это такие электрические импульсы тока или напряжения, которые имеют постоянную составляющую, отличную от нуля. Таким образом, видеоимпульс имеет преимущественно одну полярность. По форме видеоимпульсы бывают прямоугольными, пилообразными, трапецеидальными, экспоненциальными, колоколообразными и др.

Радиоимпульсы – это модулированные электромагнитные колебания.

В физиологии термином «электрический импульс» (или «электрический сигнал») обозначают именно видеоимпульсы. Повторяющиеся импульсы называют импульсным током. Он характеризуется периодом (периодом повторения импульсов) Т – средним временем между началами соседних импульсов и частотой (частотой повторения импульсов):

f=1/T.

Скважностью следования импульсов называется отношение:

Величина, обратная скважности, есть коэффициент заполнения:

47. В основе методов лежит воздействие на организм переменных токов, электромагнитных полей или их составляющих (т.е. электрических и магнитных полей) высокой, ультравысокой и сверхвысокой частоты. Основной действующий фактор переменный ток, который либо непосредственно подводится к телу пациента (дарсонвализация, ультратонотерапия) либо возникает в тканях и средах организма под влиянием переменных высокочастотных полей. Способ получения действующего фактора колебательный контур или его разновидности в аппаратах высокочастотной электротерапии. В основе физиологического и лечебного действия высокочастотных электрических колебаний лежит их взаимодействие с электрически заряженными частицами биологических тканей. При этом наблюдается неспецифический (тепловой) и специфический (осциляторный или экстратермический) эффекты.

Количество образующейся теплоты зависит от интенсивности и частоты электрических колебаний, а так же от электрических свойств самих тканей, поэтому нагрев тканей носит избирательный характер.

В основе развития осциляторного компонента лежит давление резонанса. С резонансным поглощением связывают и информационный механизм действия методов высокочастотной терапии.

Дарсонвализация - это лечебный метод, в основе которого лежит воздействие на организм человека переменным высокочастотным импульсным током высокого напряжения и малой силы. Предложен метод 1892 г. Французским физиологом Ж. А. д'Арсонвалем. В лечебной практике используется местная дарсонвализация.

Местная дарсонвализация представляет собой локальное воздействие переменными высокочастотными токами высокого напряжения и малой силы, осуществляющее с помощью стеклянных вакуумных электродов различного типа. Основным действующим фактором является переменный ток высокой частоты ПОкГц, модулируемый короткими импульсами колоколообразной формы с частотой модуляции 50Гц. Дарсонвализация - одноэлектродный способ электролечения.

При проведении процедуры между электродом и кожей образуется разряд который может изменяться по интенсивности от «тихого», почти не вызывающего особых ощущений, до слабо искрового, оказывающего даже прижигающее действие. Интенсивность разряда зависит от напряжения тока, подаваемого на электрод, величины воздушного зазора между телом пациента и электродом, а также от площади его активной поверхности. Во время процедуры в небольшом количестве образуется озон и окислы азота. Из-за малой силы тока тепловой эффект при дарсонвализации отсутствует, лишь при внутриполостных процедурах пациенты могут ощущать легкое тепло.

При воздействии токами д'Арсонваля наблюдается обезболивающий эффект. Хорошее противозудное действие при кожных заболеваниях.

Вегетососудистая реакция, которая сопровождается усилением микроциркуляции, расширением артериол и капилляров, устранением сосудистых спазмов, снижением артериального давления, изменения сосудистой проницаемости, изменяется венозный стаз и усиливается венозный отток.

Под влиянием токов повышается тургор кожи и эластичность кожи, усиливается рост волос.

Антиспастическое действие - прекращение спазма сосудов и сфинктеров.

Дарсонвализация повышает работоспособность мышц, стимулирует образование костной мозоли, улучшает состояние различных органов и тканей, оказывает противоотечное действие и противовоспалительное действие.

Диатермия

[от греч. diathermáino — прогреваю (díá — через, сквозь и thérme — жар, теплота)], эндотермия, термопенетрация, один из методов электролечения (См. Электролечение), заключающийся в нагревании органов и тканей организма токами высокой частоты. Метод введён в лечебную практику в 1905 чешским врачом Р. Цейнеком, термин «Д.» предложен немецким врачом Ф. Нагельшмидтом, работавшим над методом в то же время. Для Д. применяют сильный ток (до 3 а) высокой частоты (1,65 Мгц).

При диатермии применяют ток частотой около 1 мГц со слабозатухающими колебаниями, напряжением 100–150 В; сила тока составляет несколько ампер. Так как наибольшим удельным сопротивлением обладают кожа, жир, кости, мышцы, то они и нагреваются сильнее. Наименьшее нагревание у органов, богатых кровью или лимфой, это легкие, печень, лимфатические узлы.

Недостаток диатермии – большое количество теплоты непродуктивно выделяется в слое кожи и подкожной клетчатке. В последнее время диатермия уходит из терапевтической практики и заменяется другими методами высокочастотного воздействия.

Диатермокоагуляция - прижигание тканей диатермическим током, получаемым от аппарата для диатермии. К аппарату при помощи хорошо изолированных проводов присоединяются электроды: к одному - станиолевая пластинка поверхностью 400 см2 или специальный электрод-подушка (пассивный электрод). Второй провод оканчивается небольшим тонким цилиндрическим наконечником (ручкой), в который вставляются различные электроды, в том числе иглы (активный электрод). В косметической практике лучше всего пользоваться портативной аппаратурой.

При выполнении диатермокоагуляции необходимо иметь возможность моментально включать и выключать Ток. Для этого к аппарату присоединяют ножную педаль или ручку со специальными прерывателями тока.

Электрохирургия — медицинская процедура, состоящая в разрушении биологических тканей с помощью переменного электрического тока с частотой от 200 кГц до 5,5 МГц. Основной принцип электрохирургии состоит в преобразовании высокочастотного тока в тепловую энергию. При использовании металлических электродов (используется активный и нейтральный электрод для образования полностью замкнутой электрической цепи) и хорошем контакте с пациентом можно обеспечить пробой на расстоянии меньше одного миллиметра. При этом выделяется огромная энергия и как результат мгновенное испарение воды, что и приводит к разрушению ткани.

На величину нагрева ткани влияют не только параметры тока, но величина контактной поверхности электродов (чем меньше поверхность, тем более локально повысится температура). Высокочастотный ток, генерируемый электрохирургическими приборами можно модулировать, меняя форму волны, что также изменяет последующий эффект на биологические ткани. В целом такие приборы способны работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме работы. Непрерывное воздействие током используется в основном для проведения разрезов, импульсное — для электрогемокоагуляции.

Таким образом, основными факторами, влияющими на результирующее воздействие, являются время контакта электродов с тканью (длительность воздействия), размер и форма их контактной поверхности, частота тока и форма волны. То есть того или иного эффекта нагрева возможно добиться, не изменяя выходную мощность электрохирургического генератора. Подбором различных параметров можно осуществить различные методы электрохирургии:

электрокоагуляция — воздействие на повреждённые в ходе операции сосуды приводит к их сморщиванию и остановке кровотечения;

электрофульгурация — поверхностная абляция кожи;

электроразрез

Электрохирургия широко применяется для удаления различных доброкачественных новообразований, проведения различных дерматокосметологических манипуляций, взятия биопсий и др.

Процедура электрохирургического вмешательства осуществляется с помощью электрохирургического высокочастотного аппарата

Индуктотермия (от лат. inductio — наведение, введение и греч. thérme — тепло), метод электролечения, при котором определённые участки тела больного нагреваются под воздействием переменного, преимущественно высокочастотного (от 10 до 40 Мгц) электромагнитного поля. Это поле индуцирует в тканях организма вихревые электрические токи. Сила вихревых токов пропорциональна электропроводимости среды, поэтому токи наиболее интенсивны в жидких средах организмов, обладающих значительной электропроводимостью (кровь, лимфа и др.). В подвергаемых воздействию вихревых токов областях тела образуется большее или меньшее количество теплоты, повышается обмен веществ, усиливается кровообращение, а следовательно — и поступление питательных веществ и удаление продуктов жизнедеятельности тканей, понижаются тонус мышечных волокон и возбудимость нервов — уменьшаются боли. Всё это создаёт условия для быстрого рассасывания воспалительного очага, даже глубоко расположенного, и для лечения заболеваний периферических нервов.

УВЧ - терапия - метод электролечения, основанный на воздействии на организм больного преимущественно электрической составляющей ультравысокочастотного электромагнитного поля с длиной волны в пределах 1-10 м. В связи с особенностями подведения энергии поля к телу больного действующим фактором этого физиотерапевтического воздействия является переменное электрическое поле ультравысокой частоты (Э. П. УВЧ), обладающие способностью проникать и распространяться в тканях тела на большую глубину.

Для УВЧ-терапии используются портативные и стационарные аппараты, работающие на стандартной частоте электромагнитных колебаний 40,68 мгц, что соответствует длине волны 7,3 м.

СВЧ-терапия (микроволны) - метод электролечения, основанный на воздействии на больного электромагнитных колебаний с длиной волны от 1 мм. до 1 м., частота 300-30000 мгц. В лечебной практике используют микроволны дециметрового (0,1 - 1 м.) и сантиметрового (1 - 10 см.), и миллиметрового (до 1 мм) диапазона, в соответствии с этим различают ДМВ-терапию, СМВ-терапию, ММВ-терапию. Микроволны по физическим свойствам приближаются к световой энергии. Они отражаются, преломляются, рассеиваются, их можно концентрировать в узкий пучок, использовать локально. 30-60% микроволн поглощаются тканями организма остальная часть отражается. Миллиметровые волны поглащаются 100% тканями организма. При отражении микроволн (особенно СМВ), поступающая и отраженная энергия могут складываться, что создает угрозу местного перегрева тканей. Микроволны оказывают тепловое и осциллятор на действие, связанное с резонансным поглощением электромагнитной энергии. Вследствие этого, под влиянием микроволн, повышается активность различных биохимических процессов, образуются биологически активные вещества (серотонин, гистамин и др.). Тепловое и осцилляторное действие микроволн лежит в основе возникающих при этом нейрогуморальных и рефлекторных реакций.

Под влиянием микроволн происходит расширение кровеносных сосудов, усиливается кровоток, уменьшается спазм гладкой мускулатуры, нормализуются процессы торможения и возбуждения нервной системы, ускоряется прохождение импульсов по нервному волокну, изменяется обмен веществ. Микроволны стимулируют функцию эндокринных органов, оказывают противовоспалительное, спазмолитическое, гипосенсибилизирующее, обезболивающее действие. Глубина проникновения СМВ - 5-6 см., ДМВ- 10-12 см, ММВ-до 1 мм.

Микроволновая терапия (синоним сверхвысокочастотная терапия) — метод физиотерапии, основанный на использовании энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (2375 Мгц — длина волны 12,6 см и 460 Мгц—65 см), небольшой мощности, подводимой к пациенту посредством волноводных, реже отражательных излучателей, концентрирующих ее в пучок.

Преимуществом микроволновой терапии перед индуктотермией (см.) и УВЧ-терапией (см.) является возможность воздействия на строго ограниченные участки тела пациента, более точная дозировка интенсивности воздействия и более свободная поза пациента во время процедуры.

Под влиянием микроволновой терапии улучшается функциональное состояние центральной и периферической нервной системы, повышается местная кожная температура после каждой процедуры на 2—6° и выше. Это способствует значительному усилению местного кровообращения за счет ускорения кровотока, увеличения числа капилляров и расширения артериол, а также повышению обмена веществ и стимуляции защитных сил организма. В результате этих изменений рефлекторно изменяется деятельность различных органов и систем организма.

Показания. Микроволновую терапию применяют при воспалительных, травматических и дистрофических заболеваниях суставов (в том числе обызвествленных бурситах, пяточных шпорах) и позвоночника, пневмониях, гепатитах, холециститах, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, ряде болезней нервной системы, органов малого таза, воспалительных заболеваниях носоглотки, полости рта, а также при некоторых поражениях глаз.

Противопоказания: острый тендовагинит, катаракта, наклонность к кровотечениям, злокачественные опухоли (и подозрение на них), активный туберкулез легких, недостаточность кровообращения выше IIа степени, беременность, наличие в зоне облучения инородных металлических тел.