Физические основы действия высокочастотных полей на ткани организма

В физиотерапии принято различать два механизма воздействия высокочастотных электрических и магнитных полей на ткани - ТЕПЛОВОЙ и СПЕЦИФИЧЕСКИЙ.

В основе ТЕПЛОВОГО эффекта лежит силовое действие электрического поля на заряженные частицы (электроны, ионы, молекулы), которое вызывает их интенсивное движение и, как следствие, нагрев ткани. При этом интенсивность тепловыделения зависит от напряженности и частоты электрического поля и от электрических свойств самих тканей.

СПЕЦИФИЧЕСКИЙ эффект проявляет себя и при очень слабых полях, когда тепловое действие можно считать отсутствующим. Механизмы специфического действия изучены недостаточно, объяснение их носит характер гипотез. Однако в последнее время некоторые из них получили экспериментальное подтверждение.

Под действием высокочастотного электрического поля ионы электролита в тканях организма совершают колебательное движение, которое по амплитуде соизмеримо с тепловым. Поэтому, высокочастотный ионный ток не оказывает, в отличие от низкочастотного раздражающего действия.

При изучении конкретных высокочастотных методов, которые будут рассмотрены ниже, отметьте на шкале электромагнитных волн

диапазоны работы этих методов. Особое внимание обратите на применение описанных методов, сравните их физиологическое действие.

Диатермия, диатермокоагуллция. Электротомия

Метод ДИАТЕРМИИ основан на хорошо известном эффекте Джоуля. На тело пациента накладываются электроды терапевтического контура (см. рис.1). Протекающий высокочастотный ток (1,5-2 МГц) создаёт тепловой эффект. Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в единице объёма ткани, рассчитывается по закону Джоуля-Ленца:

Q =j²

где  - удельное сопротивление;

j - плотность тока.

При диатермии кока и подкожная клетчатка нагреваются сильнее, чем мышцы и другие хорошо снабжаемые кровью ткани.

Метод диатермии предполагает очень плотный контакт тела пациента с электродами, т.к. при нарушении контакта могут возникнуть ожоги. В настоящее время диатермия применяется мало - её заменяют более эффективные бесконтактные методы.

ДИАТЕРМОКОАГУЛЯЦИЯ И ЭЛЕКТРОТОМИЯ - хирургические методы сваривания и рассечения тканей с той же частотой тока, что и при диатермии. Один из электродов (активный) при диатермокоагуляции (электрокоагуляции) имеет форму маленького шарика, а второй остаётся плоским. Точечный электрод плотно прижимается к ткани, после чего включается ток. При этом максимальная плотность тока будет в малом объёме около активного точечного электрода (рис.2). Нагрев ткани под электродом до 60-80° вызывает свертывание белков.

Рис.2

При ЭЛЕКТРОТОМИИ активный электрод имеет форму тонкого лезвия, поэтому нагрев ткани под электродом происходит еще более интенсивно. Мгновенное испарение (со взрывом) клеточной и межклеточной жидкости приводит к разрыву ткань.

Индуктотермия

Метод индуктотермии (коротковолновая диатермия) отличается от диатермии тем, что тепловой эффект достигается не высокочастотным элекрическим током, а наведенными высокочастотным магнитным полем (10-15 МГц) вихревыми токами.

В этом методе свободные клеммы терапевтического контура подсоединяются к катушке индуктивности, содержащей несколько витков гибкого изолированного провода, который либо обмотан вокруг конечности человека, либо сложен в плоскую спираль. Быстропеременное магнитное поле индуцирует электрическое поле в тканях организма, которое имеет особую, вихревую структуру и приводит к образованию вихревых токов. Основное тепловыделение при индуктотермии происходит в тканях с высоким содержанием электролита (кровь, лимфа).

Индуктотермия вызывает усиление тормозных процессов в коре головного мозга, генерализованные сосудистые реакции, повышение

местной и незначительное общей температуры тела; влияет на обменные процессы, изменение свертывающей и антисвертывающей системы крови.

Метод индуктотермии эффективен при лечении хронических воспалительных процессов, возникающих как поверхностно, так и в глубоко лежащих тканях.

УВЧ-ТЕРАПИЯ

Частота электрического поля при УВЧ-терапии (40-60 МГц) на порядок больше, чем при диатермии. Этим обуславливается ряд существенных различий этих методов - прекрасная иллюстрация известного закона диалектики (переход количественных изменений в коренные качественные).

Электроды имеют форму конденсаторных пластин, между которыми помещается пациент так, что остаётся небольшой воздушный зазор. Электрическое поле вызывает как при диатермии смещение ионов и повороты полярных молекул вслед за изменением направления электрического поля. Отличие же, связанное с повышением частоты в 20-25 раз, заключается в следующем. Поворот полярных молекул при диатермии происходил за очень короткую часть периода изменения направления поля, а в остальную, большую часть периода, тепловой эффект создавался только движением ионов в электролитах. При УВЧ-терапии, наоборот, амплитуда смещения ионов незначительно превышает амплитуду обычного теплового движения, а основное тепловыделение происходит в глубоко лежащих тканях с большой диэлектрической проницаемостью. Тепловыделение в единицу времени в единице объёма диэлектрика рассчитывается по формуле (в СИ): Q=_0tgE², где  - круговая частота поля,  - диэлектрическая проницаемость, ₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума, Е - средняя квадратичная за период

напряженность электрического поля, tg - тангенс угла диэлектрических потерь. Угол  показывает величину отставания по фазе поворотов молекулярных диполей от колебаний электрического поля.

Другое отличие заключается в уменьшении ёмкостного сопротивления в 20-25 раз (т.к. Х_с=1/C), в связи с чем клеточные мембраны не являются существенным препятствием для прохождения тока (напомним, что при низкой частоте проводящей является, в основном, межклеточная жидкость). Подкожный жировой слой при УВЧ-терапии нагревается относительно слабо, так как его ёмкостное сопротивление невелико. По этой же причине не играет существенной роли и воздушный зазор между кожей пациента и электродной пластиной.

Необходимо отметить, что высокочастотные аппараты для диатермии и УВЧ-терапии пригодны и для "атермической" терапии. При этом в организме больного образуется такое незначительное количество тепловой энергии, что не возникает ощущения тепла. Этот метод особенно благоприятно действует при острых воспалительных процессах, при которых повышение температуры нежелательно из-за обострения боли. Атермическая терапия способствует удалению вредных веществ, накопившихся в воспалённых тканях. После такого лечения в облученных высокочастотным электрическим полем участках наблюдается расширение сосудов, что улучшает кровообращение в очаге воспаления.

МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕРАПИЯ

При микроволновой терапии используются колебания СВЧ. Метод микроволновой терапии даёт возможность достаточно глубоко нагревать ткани на небольших ограниченных участках (различные заболевания суставов, растяжение сухожилий и мышц, заболевание нервной и мышечной систем, сопровождающиеся болями).

Микроволновая терапия широко применяется в стоматологии при лечении острых воспалительных процессов полости рта и челюстно-лицевой области (луночные боли, острые периоститы, острые периодонтиты, острые остеомиелиты, гаймориты и т.д.).

Отечественной промышленностью выпускаются аппараты "ВОЛНА", "РОМАШКА", работающие на частоте 460 МГц (дециметровые волны) и аппарат "ЛУЧ”, работающий на частоте 2375 МГц (сантиметровые волны).

Микроволновая терапия кроме теплового действия оказывает ещё и специфическое воздействие на молекулярном уровне. Поэтому микроволновая терапия имеет ряд противопоказаний (например, злокачественные новообразования, туберкулёз и др.).

ДАРСОНВАЛИЗАЦИЯ

Дарсонвализация, как метод лечения, была предложена французским врачом и учёным Д'Арсонвалем в 1892 году. Этот метод основан на использовании переменного тока высокого напряжения и высокой частоты (0,1-0,5 МГц).

При дарсонвализации генератор и терапевтический контур построены на сходных принципах с рассмотренными на рис.1, но имеют несколько другое устройство. Электрод (он один в этом методе) представляет собой стеклянный баллон, выполненный в различных формах. На электрод подаются импульсы модулированного высокочастотного напряжения с амплитудным значением 20-30 KB. Частота следования импульсов равна частоте сетевого тока - 50 Гц.

На рис.З представлена зависимость напряжения от времени при дарсонвализации. Высокое напряжение приводит к искровому разряду. Между электродом и телом пациента при дарсонвализации проскакивают искры с частотой 50 Гц.

Рис.З

Физиологическое действие дарсонвализации заключается в раздражении нервных рецепторов кожи или слизистой оболочки, а рефлекторная местная физиологическая реакция выражается в расширении сосудов, повышении тонуса сосудистых стенок, улучшении трофики тканей, в болеутоляющем и антиспастическом эффекте.

В стоматологии дарсонвализация, в основном, применяется при парадонтозе.

Необходимо отметить, что выше шла речь о местной дарсонвализации, в отличие от общей, применяемой редко.

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

1. Вставлять электроды в держатель, если ручка "МОЩНОСТЬ” не находится в крайнем левом положении.

2. Браться рукой за коническую часть держателя при работающем приборе.

3. Прислонять электрод к коже, если ручка "МОЩНОСТЬ" не находится в крайнем левом положении.

ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ: получить навыки работы с аппаратом

"УВЧ-66”, исследовать поле между электродами; получить навыки работы с аппаратом “ИСКРА-1"; исследовать зависимость выходного напряжения аппарата от времени с помощью осциллографа.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Изучение аппарата "ИСКРА-1” для местной дарсонвализации.

1. Практически ознакомиться с работой аппарата. Для этого без усилий вставить электрод (стеклянный баллон) в держатель, слегка поворачивая его, подсоединить провод держателя к разъёму и повернуть ручку "СЕТЬ" так, чтобы стрелка вольтметра находилась в красном секторе шкалы. Через 2 мин. аппарат готов к работе. Поставить ручку “МОЩНОСТЬ" в крайнее левое положение и приложить электрод к обнаженному участку руки без надавливания. Поворачивая ручку "МОЩНОСТЬ", добиться необходимой интенсивности разряда. Выключить аппарат и вынуть провод из разъёма.

2. Включите осциллограф в сеть (cм. исходное положение ручек управления, таб.1 "Описание осциллографа'”).

3. Включите аппарат «Искра-1» в сеть. Переключатель на передней панели поставьте в положение 1, регулятор мощности поверните влево против часовой стрелки до упора.

4. Выполните п.1 - п.3 "Описание осциллографа".

5. Поставьте переключатель 11 в положение 1 V/дел, переключатель 5 в положение 5 ms/дел.

6. Поверните регулятор мощности аппарата ''Искра-1" так, чтобы на экране осциллографа высота импульсов занимала 3-4 больших деления.

7. Нажмите кнопку 10 осциллографа и ручкой 7 добейтесь устойчивого изображения. Зарисуйте его в тетрадь.

Измерьте период и частоту следования посылок (см.рис.3).

8. Установите масштаб по оси времени 0,2 ms/дел. Зарисуйте рисунок в тетрадь. Определите длительность посылки, скважность.

9. Установите масштаб no оси времени 20 ms /дел. Зарисуйте рисунок в тетрадь. Измерьте период и частоту тока в посылке.

Пусть на осциллографе выставлен масштаб по оси времени М. Для нахождения периода тока нужно сосчитать количество импульсов-n, занимающих несколько целых клеток N экрана по горизонтали (возьмите 4 или 5 клеток). Тогда величина периода тока в делениях составляет l=N/n. Следовательно, период; Т = Мl.

Частота тока =l/T.

10. Определите максимальную амплитуду в импульсе, учитывая ослабление сигнала осциллографа.