2.2.3. Дія електричного струму на живий організм

Первинна дія постійного струму на організм пов'язана в основному з двома процесами: поляризацією - виникнен­ням дипольного моменту в тканинах та рухом заряджених частинок - їх появою і зміною концентрації, які призводять до порушення нормального для клітини розподілу зарядів і, як наслідок, її функцій.

Небезпеку для організму становить не саме електричне поле (напруга чи напруженість), а електричний струм, що протікає, особливо постійний. Найкращою провідністю ха­рактеризуються нервові волокна; тому навіть слабкий струм є своєрідним ударом для нервової системи. Із зменшенням опору R (при збільшенні вологості, наприклад) сила струму / навіть за малих напруг може різко зростати. Особливо не­безпечно, коли струм проходить через життєво важливі ор­гани - серце, мозок. Із збільшенням частоти струму його шкідлива дія зменшується. Деякі ефекти, що мають місце при дії електричного струму побутової частоти (50 Гц) на людський організм, містяться в табл. 2.6. Приведені поро­гові значення сили струму певною мірою умовні, їх вели­чини залежать від місця й площі контакту, вологості та інших чинників.

Таблиця 2.6.

Постійний струм з напругою використовується з лікувальною метою в гальванізації. При цьому густина струму не повинна перевищувати Електрофорез - ще одна лікувальна методика, яка базуєть­ся на пропусканні постійного струму. Електрофорез вико­ристовується для введення лікарських речовин через шкіру або слизові оболонки під дією електричного поля. Оскільки рухливість - величина, характерна для даного типу іонів, то за її значенням можна встановити вид іонів, або, якщо є суміш іонів, розділити їх в електричному полі. Цю особ­ливість використовують для аналізу сироватки крові, шлун­кового соку електрофоретичним методом. Фракції білків (альбуміни, α-,β- γ-, - глобуліни) мають різні значення рух­ливості, тому їх можна розділити електричним полем, а потім і визначити їхні концентрації.

Сильні електричні імпульси використовуються для подразнення серця після його зупинки. Для цього на декілька мілісекунд через серце пропускають струм силою біля 10 А. Цей струм викликає рівномірну поляризацію (в дійсності деполяризацію) серцевої мембрани і дає мож­ливість потенціалу дії скоординувати скорочення серцевих м'язів. Пристрій, який для цього використовується, нази­вається дефібрилятор.

Подразнювальна дія слабких струмів низької частоти використовується під час фізіологічних до­сліджень, а також з лікувальною метою - відновлення провідності нервових волокон, скорочувальної здатності м'язів (електростимуляція, кардіостимуляція), віднов­лення кісткової тканини при переломах.

Мал. 2.14.

Важливе значення в цьому випадку має не тільки амплі­туда й частота, а також і форма імпульсу, конфігурація його переднього та заднього фронтів. Вдалий підбір цих парамет­рів дозволяє отримати електричні імпульси, які адекватні до певних фізіологічних подразників. При визначенні конфігу­рації імпульсу користуються законом Дюбуа-Реймопа, згідно з яким подразнення прямо пропорційне до швидкості зміни сили струму . Імпульси прямокутної форми (мал. 2.14а) застосовуються, наприклад, при лікуванні електросном, для кардіостимуляції; при електрогімнастиці використовують імпульси трикутної та експоненційної форми (мал. 2.14б, в).

Дію на біологічні тканини імпульсними струмами (частоти подразнення) використовують і з діагностичною метою, зокрема для оцінки збудливості і функціональної рухливості (лабільності) м'язів. Лабільність визначається через частоту слідування при якій реакція м'яза оптимальна.

Пропускання електричного струму через біологічні тканини супроводжується нагріванням. Кількість теплоти, яка при цьому виділяється, може бути знайдена за законом Джоуля-Ленца

(2.39)

Обчислимо теплову потужність яка виділяється в одиниці об'єму: Скориставшись (2.30), (2.33) і врахувавши, що матимемо:

(2.40)

Остання рівність з урахуванням закону Ома в диференційній формі (2.34) може бути записана

(2.41)

Формули (2.40) і (2.41) виражають закон Джоуля-Ленца в диференційній формі.

Для прогрівання живих тканин непридатні через небез­пеку ні постійні, ні низькочастотні струми, оскільки суттє­вий тепловий ефект може бути досягнутий лише при вико­ристанні струмів значної сили. При дії струмом частотою зміщення іонів має величину такого ж порядку, як і їх зміщення внаслідок теплового руху, тому струми чи електромагнітні хвилі такої та більшої частоти не мають руйнівного чи подразнюючого впливу і можуть використо­вуватись з метою лікувального прогрівання.