3.2.2. Основні процеси, які характеризують дію емп на біологічні тканини

Біологічні тканини складні за своєю природою. Склад­ність їх будови визначається складністю функцій, які вони виконують. Деякі із тканин (м'язова, нервова) володіють рядом специфічних властивостей (наприклад, збудливістю, скорочуваністю тощо), основу яких становлять процеси, що мають електричну природу. У тканинах (особливо внутріш­нього середовища) містяться заряджені частинки (це. як правило, іони), а також інші системи зарядів типу диполів, мультиполів, цілі заряджені структури (в основному — мем­брани).

Біологічні тканини не мають яскраво виражених маг­нітних властивостей, вони в основному є діамагнетиками (вода, білки, вуглеводи тощо); для деяких біологічних мо­лекулярних структур (вільні радикали, геми, що містять іони заліза, тощо) є характерним парамагнітний ефект при взаємодії із зовнішнім МП. Розглянемо коротко основні процеси, що характеризують дію зовнішнього ЕМП на БТ.

Виникнення іонних струмів

Перший вид струмів - іонні струми провідності. Вони виникають при наявності замкнутого електричного кола між біологічними тканинами та джерелом струму. Густина струму визначається за законом Ома:

У фізіотерапії використовуються:

а) постійний електричний струм - виникає у тканинах при накладанні електродів, між якими підтримується постійна різниця потенціалів.

Методики, які використовують дію постійних іонних струмів: гальванізація, електрофорез.

Гальванізація — метод, в основу якого покладено про­пускання постійного струму малої величини через тканини організму. Апарати для гальванізації являють собою джере­ло постійного струму, сила якого регулюється. Основними функціональними блоками апарата є: генератор високої частоти, котрий виробляє безпечну для пацієнта високоча­стотну напругу, випрямляч, який перетворює високочастотну напругу в постійну, а також система елек­тричного захисту, яка уберігає пацієнта на випадок непола­док у роботі апарата. Робочі параметри процедури: діапазон зміни напруги -; робочий струм -, гранично допустима густина струму -

Лікувальний електрофорез - введення у тканини орга­нізму лікарських речовин, які продисоціювали на іони, шляхом пропускання постійного струму. Широко викори­стовується також електрофоретичний метод визначення концентрації певних видів іонів у суміші. Різна рухливість іонів дозволяє розділити їх на фракції в електричному полі.

б) змінний імпульсний струм іонного походження низь­кої частоти.

Використовуються імпульсні струми, частота яких збі­гається із частотою зміни електрофізіологічних сигналів (частота не перевищує ).

Лікувальні методики: електростимуляція та електроімпульсація. Для цих методик, крім частоти сигналу, важли­ве значення має також і форма імпульсу. Апарати для сти­муляції мають один або декілька генераторів, які створю­ють імпульси певної форми, частоти і тривалості. Регулятор потужності задає амплітуду, яка адекватна до природних

фізіологічних сигналів біологічних тканин. Методики за­стосовуються для зняття болю, зміни секреторної та скоро­чувальної функцій тощо.

Високочастотні струми провідності - використову­ються для діатермії, електротомії, електрокоагуляції. При цих методиках високочастотні струми не викликають спе­цифічного подразнення, притаманного низькочастотним струмам електростимуляції. Основний діючий фактор - це теплота, яка виділяється при проходженні струму. При не­значній густині струму здійснюється прогрів ділянок тка­нин (приємне відчуття теплоти), які знаходяться між елек­тродами (діатермія). Збільшення густини струму може при­звести до значного зростання кількості теплоти. Температу­ра сягає значень, при яких розпочинається процес коагу­ляції білків (електрокоагуляції). Цей режим використо­вується, зокрема, для зупинки кровотечі із судин при опе­раціях. Збільшуючи густину струму між електродами, мож­на отримати режим, при якому за рахунок теплоти, що виділяється, почнеться процес кипіння рідини. Пара, яка створюється між електродами, розриває тканини (методика електротомії або діатермотомії). Подальше збільшення гус­тини струму тканини призводить до обвуглювання тканин в результаті горіння.

Апарати для діатермії містять генератор високої часто­ти (робоча частота 1.76 або ) і декілька вихідних контурів, індуктивно пов'язаних з контуром генератора. Виходи можуть бути біактивними і моноактивними. У пер­шому випадку високочастотна напруга подається на два електроди з однаковою площею. Нагріву підлягають всі тканини, що розміщені між електродами. У другому випад­ку розрізняють активний електрод (електроніж) і пасивний, площа якого у багато разів більша від площі активного електрода. У цьому разі виділення теплоти відбувається тільки під активним електродом. Сучасні апарати для діатермії мають у своєму складі і систему електричного за­хисту, яка спрацьовує при небезпечних для пацієнта висо­кочастотних струмах втрат.

Ще один вид струмів, які використовуються з лікуваль­ною метою — індукційні. Ці струми виникають у провідному середовищі, котре пронизане змінним магнітним потоком , за рахунок наведеноїЕРС електромагнітної індукції

Величину струмів (ще їх називають вихровими струма­ми або струмами Фуко) оцінимо для випадку, коли магнітна індукція В змінюється за гармонічним закономтоді:

(3.1)

Отже, амплітуда вихрових струмів залежить як від електричних параметрів тканини , так і від характери­стик зовнішнього магнітного поля.

Методики: індуктотермія - прогрів тканин високоча­стотними вихровими струмами, загальна дарсонвалізація.

Третім типом струмів, які використовуються у фізіоте­рапії, є струми зміщення. Із теорії електромагнітного поля відомо, що змінне магнітне поле створює електричне, зміна якого, в свою чергу, породжує магнітне поле. Струми, які обумовлені змінним у часі електричним полем, мають назву струмів зміщення, їх величина визначається за формулою:

Враховуючи струми провідності і зміщення, можна ви­значити повний струм у середовищі:

Механізм прогріву різних середовищ

Діелектрики. Якщо молекули діелектрика володіють власним дипольним моментом, то якісно струми зміщення можна представити як коливально-обертальний рух диполів у змінному електричному полі (мал. 3.la).

Електроліт. Дія змінного електричного поля призво­дить до коливально-поступального руху іонів (мал. 3.1б). Амплітуда таких вимушених коливань залежить як від зов­нішньої сили, так і від властивостей середовища (наприк­лад, в'язкості електроліту, розміру молекул, ступеня гідра­тації іонів тощо).

Мал. 3.1. а) дипольний діелектрик, б) електроліт.

Методики: УВЧ, НВЧ і КВЧ- терапії, основу яких ста­новить дія ультра-, над- і крайньовисокочастотного елек­тромагнітного поля. Для цих методик характерна відсут­ність електричного контакту між електродами і тканинами пацієнта, тобто створюються умови, які попереджують ви­никнення струмів провідності.

Поляризація

Поляризація - процес, пов'язаний з орієнтацією зарядів у речовині при дії зовнішнього постійного електричного або магнітного полів. Біологічним тканинам притаманні всі типи поляризацій в ЕП:

а) орієнтаційна поляризація здійснюється за рахунок орієнтації молекул або систем зарядів, які володіють влас­ним дипольним моментом , при внесенні їх в елек­тричне поле напруженістю~ "У цьому випадку на ди­поль діє обертальний момент сил

б) електронна поляризація (зміщення електронної хмарки відносно малорухомого ядра (мал. 3.2));

в) іонна поляризація (ймовірно, цей тип поляризації ха­рактерний для рідкокристалічних структур у БТ, наприклад, мембран);

г) об'ємна поляризація, яка призводить до виникнення об'ємних зарядів за рахунок руху іонів в електрично ізольо­ваних середовищах (наприклад, перерозподіл іонів всереди­ні клітини).

Мал. 3.2. Електронна поляризація

Мал. 3.3. Поляризація за рахунок вільних зарядів зміщення.

Методики: франклінізація - дія постійного ЕП високої напруженості на весь організм або окремі

його ділянки. Апарат для франклінізації містить генератор високої частоти , випрямляч, на виході якого отримують постійну напругу порядку. Ця напруга поступає на помножувач, який являє собою ланцюг певним чином з'єднаних конденсаторів незначної ємності. Помно­жувач утворює на виході високу напругу порядкуЦя напруга подається на два електроди. Один з них має форму зірки з невеликими вістрями на променях, її роз­міщують на відстанінад головою пацієнта. Дру­гий - мідний, що має форму листа, знаходиться під ногами пацієнта на ізольованій підставці. Під дією електричного поля у тканинах відбувається поляризація, а у випадку ви­никнення коронного розряду під електродом з'являються ще і мікроструми у провідних середовищах; на поверхні ті­ла виникають статичні заряди. Усі ці явища покладені в ос­нову первинної дії на організм постійного електричного поля високої напруженості.

У фізіотерапії використовують також методики, в ос­нові яких лежить дія постійного (або такого, яке повільно змінюється) магнітного поля на біологічні тканини. Ці ме­тодики відносяться до галузі магнітобіології; багато в чому вони носять експериментальний характер і ще не знайшли широкого клінічного застосування.

Резонансне поглинання енергії

Групи атомів, які входять до структури біологічно ак­тивних молекул, мають власні частоти збудження і погли­нання енергії (переважно частоти відносяться до коливаль­но-обертальної області спектра). При УВЧ і особливо при КВЧ і НВЧ методиках спостерігається резонансне погли­нання енергії без підвищення температури, що призводить до структурно-функціональних змін біологічно активних молекул.