Вивчити дисперсію електропровідності на моделях 1, 2, 3.

Завдання:1.

1.Для моделі 1: R=10² Ом, С=1· 10^-6Ф.

2.Розрахувати за формулою (7) значення імпедансу для частот w=0; 5;10; 20; 30; 50Гц.

3.Побудувати графік залежності імпедансу від частоти.

4.Зробити висновок про відповідність цієї моделі до ходу дисперсії у реальній тканині.

Завдання 2.

1.Для моделі 2. R=10² Ом, С=1· 10^-6Ф.

2.Розрахувати за формулою (9) значення імпедансу для частот w=0; 1·10³; 2·10³; 3· 10³; 4·10³; 5·10³Гц.

3.Побудувати графік залежності імпедансу від частоти.

4.Зробити висновок.

Завдання 3.

1.Для моделі 3. R₁=10² Ом, С=1· 10^-6Ф, R₂=10² Ом,

2.Розрахувати за формулами (7) та (10) значення імпедансу для частот w=0; 1·10³; 2·10³; 3· 10³; 4·10³; 5·10³Гц.

3.Побудувати графік залежності імпедансу від частоти.

4.Зробити висновок.

5.Зробити загальний висновок про те, яка з моделей найбільше відповідає реальному зміненню електропровідності у тканинах.

Завдання для самостійної підготовки.

1. Закон Ома для ділянки ланцюга. Електропровідність. Опір.

2. Ланцюг змінного струму з ємністю. Ємнісний опір. Зсув фази між напругою та струмом.

3. Повний опір (імпеданс) ланцюгу з активним опором і ємністю.

4. Дисперсія імпедансу в ланцюгах , що містять активний та ємнісний опір.

5. Особливості електропровідності тканин організму на постійному та змінному струмі.

6. Електрична поляризація - електронна, іонна, дипольна, макроструктурна, поверхнева, електролітична.

Завдання для перевірки знань за темою.

1. Імпеданс кола змінного струму з послідовно з'єднаними активним опором й конденсатором дорівнює:

1..

2..

3..

4..

5..

2. Дисперсія електропровідності – це залежність імпедансу тканини від:

1. Сили змінного струму.

2. Напруги змінного струму.

3. Частоти змінного струму.

4. Фази змінного струму.

5. Початкової фази змінного струму.

3. Вкажіть, які види електричної поляризації найбільш характерні для біологічних тканин і зумовлюють дисперсію електропровідності:

1. Поверхнева поляризація, макроструктурна та дипольна поляризація вільної води.

2. Поверхнева поляризація, поляризація білкових молекул, поляризація зв'язаних груп макромолекул.

3. Макроструктурна поляризація, дипольна поляризація вільної води, іонна поляризація.

4. Поверхнева поляризація, макроструктурна поляризація, іонна поляризація.

5. Поляризація білкових та органичних молекул, поляризація гідратних оболонок, поляризація зв'язаних груп макромолекул.

4. Активний опір провідника - це міра незворотного перетворення енергії електричного струму у:

1. Енергію магнітного поля.

2. Хімічну енергію.

3. Світлову енергію.

4. Внутрішню енергію провідника.

5. Енергію електричного та магнітного поля.

5. Імпеданс кола з паралельним з'єднанням активного та ємкісного опору дорівнює:

1. .

2. .

3. .

4. .

5. .

6.Загальна картина частотної залежності електричних параметрів зберігаєтся для всіх видів тканин за рахунок:

1. Єдності структури складу тканин.

2. Єдності структури всіх тканин.

3. Однакової проникності всіх мембран.

4. Єдності структури та хімічного складу тканин.

5. Єдності структури клітин та однакової проникливості мембран.

7.Індивідуальні особливості частотної залежності імпедансу для різних тканин зумовлені:

1. Розміром та формою клітин, величиною проникливості мембран, вмістом вільних іонів.

2. Величинию проникливості мембран, вмісту вільних іонів та молекул води в клітині.

3. Вмістом вільних іонів та вільної води в клітині, розміром та формою клітин.

4. Вмістом вільної води в клітині та їі розміром і формою, проникливістю мембран.

5. Розміром, формою клітин, вмістом вільної води та іонів в клітині, проникливістю мембрани клітин.

8. Відомо, що в тканинах сила змінного струму випереджає напругу, це свідчить, що в тканинах існують елементи структури з:

1. Активним опором.

2. Індуктивним опором.

3. Ємкісним опором.

4. Активним та індуктивним опором.

5. Активним та ємкісним опором.

9.Дисперсія електропровідності тканин залежить від ємкісних властивостей її структурних елементів, зумовлених переважно такими видами їх поляризації:

1.Поверхневої, макроструктурної, дипольної вільної води в клітині.

2.Поверхневої, поляризації білкових та інших органічних молекул, дипольної вільної води.

3.Макроструктурної, дипольної вільної води, поляризації зв'язаних груп макромолекул.

4.Макроструктурної, поверхневої, поляризації гідратних оболонок макромолекул.

5.Дипольної вільної води у клітині, поляризації гідратних оболонок органічних молекул.

10.Тангенс кута зсуву фази між током і напругою в колі з R и C визначається формулою, яка випливає з векторної діаграми:

1. .

2. .

3. .

4. .

5. .

Еталони відповіді: 1-1; 2-3; 3-1; 4-4; 5-2; 6-4; 7-5; 8-3; 9-1; 10-1.

Література:

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. М.Высшая школа. 1987.

с. 286-290, с. 327-331.

2. Ливенцев Н.М. Курс физики. М. Высшая школа. 1974.

с. 230-232, с. 264-266, с. 268-274.

3. Губанов Н.И. и др. Медицинская биофизика. Воронеж. 1978. с.211-266.

4. Конспект лекцій.

5. Методична розробка.

Тема: Вивчення апаратів для електростимуляції.

Мета роботи: Вивчити призначення та електрофункціональну схему апаратів для електростимуляції: “Стимул”, “Електросон”. Навчитися за допомогою електронного осцилографу виміряти параметри імпульсного струму в різних режимах роботи апаратів.

Вивчити трансформацію імпульсного прямокутного струму при проходженні через

R-Rколо, диференціюючи та інтегруюче R-Cколо. З’ясувати можливі механізми первинної (фізичної) дії імпульсних струмів на клітинному рівні , та можливі фізіологічні відгуки тканини, організму.

Прилади та матеріали: апарат для стимуляції м'язів “Стимул-1”, апарат “Електросон-4Т”, електронний осцилограф, макети R-R та R-C кола.

Обґрунтування необхідності вивчення теми.

У сучасній медицині серед існуючих різних типів електронних приладів та апаратів переважну кількість складають електроімпульсні устрої. Коло використання імпульсних струмів надто широке.

Так, 1. Струм із імпульсами прямокутної форми з тривалістю імпульсів 0,1-1 мс, частотою 1-160 Гц використовуються для електросну, електродіагностики, електростимуляції.

2.Струм трикутної гострокінцевої форми з тривалістю імпульсів 1-1,5 мс частотою 100 Гц використовуються в електродіагностиці та електростимуляції.

3.Струм з експоненціальним переднім і заднім фронтом з тривалістю імпульсів 1.5-60 мс різної частоти використовуються в електродіагностиці та електростимуляції.

4.Струми напівсінусоїдальної форми з частотою 50-100 Гц, використовуються у діадинамотерапії, електростимуляції.

Встановлено, що оптимальна реакція нервово-м’язового апарату виникає на імпульсний струм з частотою 50-150 Гц, припинення больової чутливості відбувається на частоті імпульсного струму 80-250 Гц, збудження симпатичних нервових волокон оптимальне на частоті імпульсного струму 1-10 Гц, а парасимпатичних нервових волокон на частоті 25-100 Гц.

Перевага методик електротерапії у імпульсному режимі полягає в більш вираженій специфічності впливу; більшому терапевтичному ефекті, вибірковому впливі на патологічне вогнище, глибокому проникненню лікувального ефекту, меншому звиканню тканин та систем організму на імпульсний струм.

Дуже важливою перевагою імпульсного режиму електротерапії є можливість уникнути енергетичних перевантажень організму взагалі і особливо для організму з негативними реакціями серцево-судинної, нервової, ендокринної та інших систем організму.

Обґрунтоване використання електроімпульсних методів діагностики та терапії потребує знання фізичних особливостей імпульсного струму його первинної (фізичної) та біологічної (вторинної) дії та можливого клінічного прогнозу.

Теоретичне обґрунтування теми.

Імпульсний струм – це чергування імпульсів струму та пауз у часі. Основними параметрами такого струму є – часові параметри, амплітуда струму або напруги та форма імпульсу.

Часовими параметрами імпульсного струму являються тривалість імпульсу, тривалість паузи, період повторення, частота слідування, а також відносні параметри шпаруватість, коефіцієнт заповнення.

Тривалість імпульсу t _і – проміжок часу від початку до закінчення імпульсу (мал.1).

Тривалість паузи t_n – проміжок часу від кінця одного до початку слідуючого імпульсу.

Період повторення імпульсів Т=t _і +t_n проміжок часу від початку одного імпульсу до початку слідуючого імпульсу.

Частота слідування імпульсів обернено пропорційна періоду імпульсного струму.

Іншими словами частота слідування виміряється числом імпульсів за одну секунду.

Шпаруватість Q – відношення періоду Т повторення імпульсів до тривалості імпульсу t _і .

Коефіцієнт заповнення К током періоду імпульсу – величина обернена до шпаруватості Q.

Значна кількість часових параметрів імпульсного струму дає можливість для широкої варіації їх значень для здобуття необхідного фізіологічного відгуку у різноманітних тканинах та органах.

Другою з основних характеристик імпульсного струму є амплітуда імпульсу тобто максимальне значення сили струму Imax, або напруги Umax.

Але час дії струму Imax може бути малим, навіть рівним нулю і не відображати ефект дії струму.(Мал.1.3.)

Для виходу з цього становища вводять такі характеристики імпульсного струму, як крутизна переднього та заднього фронтів імпульсу.

Крутизна переднього фронту імпульсу Sn.ф. це відношення зміни струму від 0,1 Imax (Umax).до 0,9 Imax (Umax) до часу, за який ця зміна відбулась.

Тривалість переднього фронту імпульсу t_nф – проміжок часу від моменту коли імпульсний струм або напруга досягли 0,1 I_max (U _max) до моменту , коли ці величини досягнуть значень 0,9 I_max (0,9 U_max).

Аналогічно, тривалість заднього фронту t_зф це проміжок часу, коли струм або напруга в імпульсі зменшується від 0,9 I_max (0,9 U_max) до 0,1 I_max (0,1 U_max)

Крутизна заднього фронту імпульсу Sз.ф. визначається за формулою

або

І нарешті, форма імпульсу це один з основних параметрів імпульсного струму, який відіграє важливе значення для протікання іонних процесів на мембрані, які формують фізіологічний відгук біологічної системи.

Форма імпульсу залежить від закону, по якому наростає передній та спадає задній фронт імпульсу. Це може бути лінійний, експоненціальний, синусоїдальний та інші закони.

Крутизна переднього та заднього фронтів імпульсу в якійсь мірі обумовлюють форму імпульсу.

Якщо імпульс має складову постійного струму, то це відеоімпульс, це однополярний імпульс мал. 1.1,2,3. Радіоімпульси не мають складової постійного струму і являють собою імпульси біполярні.

Дія імпульсного струму на живу тканину може бути не відчутною, хоча в ній протікає струм, змінюється концентрація іонів, відбувається наведена струмом поляризація на мембранах клітин.

Подразнення або відчуття дії імпульсного струму відбудеться тоді, коли параметри імпульсного струму досягнуть порогових значень.

За законом Дюбуа-Реймона рівень L відчутної подразнювальної дії залежить від швидкості зміни струму, або залежить від прискорення руху зарядів

Мінімальна сила струму, при якій виникає його відчуття називають пороговою силою струму.

Згідно з рівнянням Вейса-Лапіка порогова сила імпульсного струму залежить від тривалості імпульсу tі

де t_і - тривалість імпульсу

а і в - сталі коефіцієнти, які залежать від природи збуджувальної тканини та її функціонального стану.

Графік залежності порогового струму від тривалості імпульсу зветься кривою електрозбудження. (Мал.2)

Мал.2

З графіка видно, що починаючи з тривалості t_і імпульсу величина порогового струму практично не змінюється.

Реобазой Rе називають силу порогового струму, подразнення при скільки завгодно великій тривалості імпульсу.

Хроноксія – це параметр тканини, який відповідає тривалості імпульсу, для якої амплітуда імпульсного струму дорівнює двом реобазам.

Будь-яка тканина реагує на подразнення збудженням, якщо на мембранах клітин генерується потенціал дії.

Одним з проявів збудження є скорочення м’яза, під дією імпульсного струму.

Електростимуляція – метод електротерапії, спрямований на відновлення порушеної функції органу, тканин шляхом заміни природнього нервового імпульсу низькочастотним імпульсним струмом.

Струм з імпульсами прямокутньої форми тривалістю 0,1-1 мс, частотою 1-150Гц і малої амплітуди, проходячи через мозок може викликати процес гальмування.

Методика використання такого струму зветься електросном.

Призначення. Електрофункціональна схема апарату «Стимул 1».

Апарат «Стимул 1» призначений для електростимуляції м’язів імпульсами змінного сінусоідального струму підвищеної частоти 2000Гц, який характеризується безболісною дією, відсутністю явищ поляризації під електродами. Для розширення області використання апарату передбачено режим дії імпульсного випрямленого струму.

Апарат являє собою джерело змінного синусоїдальної форми струму з частотою 2000Гц, який переривається імпульсами з частотою 50Гц і модульованого у виді посилок-пауз і по амплітуді.

Єлекитрична функціональна схема апарату зображення не має і складається із блоків, які виконують функції:

1.Генератор (формувач) прямокутних імпульсів тривалістю імпульсу 0,01с, тривалістю паузи 0,01с. і частотою 50 Гц. Ці імпульси у модуляторі переривають змінний струм від генератора инусоїдальних коливань. На виході з модулятора формуються радіоімпульси, тобто імпульси змінного струму тривалістю 0,01с. і паузою (відсутністю струму) 0,01с, які і діють на пацієнта у режимі «Безперервний».

2.Дільник мережевої частоти забезпечує такі режими роботи апарату:

3. Безперервну посилку радіоімпульсів змінного або випрямленого струму в коло пацієнта.

4. Режим посилок-пауз радіоімпульсів змінного або випрямленого струму в коло пацієнта.

У режимі посилок-пауз дільник мережевої частоти формує імпульси прямокутної форми. Імпульс у модуляторі формує посилку радіоімпульсів і відсутність струму за час паузи.

Апарат має слідуючи режими посилок-пауз:

1. «2,5-2,5» (імпульс - посилка прямокутної форми тривалістю 2,56с. пауза- тривалістю 2,56с, період імпульсу 5,12с.)

2. «2,5-5» (тривалість імпульсу 2,56с, пауза 5,12с, період – 7,68с.)

3. «5-10» (тривалість імпульсу 5,12 с, пауза – 10,24с, період – 15,56с.)

4. «10-15» (тривалість імпульсу – 10,24с, пауза – 51,2с, період – 61,64с.)

Чим триваліше посилка, тим більше часу (пауза) потрібно, щоб релаксували до норми процеси у тканинах та неприємні відчуття у пацієнта.

3.Інтегратор (RCколо за змінним резистором) дозволяє змінювати форму імпульсу посилки від прямокутної до майже трапецевидної.

Це потрібно, наприклад, щоб змінити неприємні відчуття, які виникають у пацієнта при дії швидко, парастаючого переднього фронту прямокутного імпульсу.

4.Формувач модулюючого сигналу - посилки дозволяє змінювати форму імпульсу її від прямокутної до трапецевидної. Цей сигнал заповнюється радіоімпульсами з частотою 50 Гц, амплітуда радіоімпульсу у посилці залежить від амплітуди імпульсу посилки в цей момент часу.

5.Генератор синусоїдального струму генерує безперервно незатухаючий змінний струм з частотою 2000 Гц. Вихід його підключено до модулятора.

6.У безперервному режимі у модуляторі формуються радіоімпульси з частотою 50 Гц, тобто прямокутний імпульс тривалістю 0,01с. заповнюється змінним струмом 2000 Гц. За час паузи тривалістю 0,01с. струм в колі пацієнта відсутній.

У режимі посилок-пауз, також формуються радіоімпульси. Та модулятор формує ще посилку радіоімпульсів різної тривалості та різної амплітуди в залежності від форми імпульсу посилки – прямокутний чи трапецевидний.

7.Підсилювач вихідного сигналу за допомогою ручки «Струм пацієнта» регулює амплітуду струму радіоімпульсів у колі пацієнта.

Крім того він виконує ще одну дуже важливу функцію. Щоб величини струму були відповідними значенням вимірювального приладу для пацієнтів з різним опором під електродами, потрібно узгоджувати цей опір з вихідним опором підсилювача. Цю функцію виконує вихідний трансформатор підсилювача.

8.Блок захисту та сигналізації.

Якщо включити апарат у зовнішню мережу струму, коли ручка «Струм пацієнта» не виключена, то блокується подача сигналу на пацієнта та вмикається схема сигналізації. Про що свідчить миготіння сигнальної лампочки генератора з частотою 2 Гц.

В режимі «Безперервний» сигнальна лампочка світиться постійно, а у режимі посилок-пауз миготить у такт з імпульсами посилок.

9.Коло пацієнта включає в себе електроди, вимірювальний прилад, дві кнопки для включення режимів «Змінний» та «Випрямлений» двухполуперіодний не згладжений струм частоти 2000 Гц, та обмежувач напруги в колі пацієнта. Електроди – свинцеві платівки, що вкладаються у фланелеві прокладки, які змочують фізрозчином і за допомогою провідників їх приєднують до апарату. Крім того є чашечні електроди з електродержачем, які утримує при відпуску процедури медпрацівник.

У режимі «Змінний» виникає відчуття безболісної вібрації, а потім – скорочення м’яза.

Неможливість викликати скорочення м’яза у режимі «Змінний» виникає при значному порушенні функції нервово-м'язового апарату, коли існує явище часткового переродження нерву. В цьому разі вмикають режим «Випрямлений». Дія випрямленого струму менш комфортна і супроводжується відчуттям печіння та поколювання, що характерне для одно направленого струму.

Форма вихідного струму апарату «Стимул-1» в різних режимах приведена на мая –

10.Блок живлення формує струми необхідної величини, постійні, стабілізовані які потрібні для роботи всіх блоків апарату.