4.2.3. 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 I 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. 4.6. Приведені порогові значення сили струму певною мірою умовні, їх величини залежать від місця й площі контакту, вологості та інших чинників.

Таблиця 4.6.

Сила струму	Ефект дії
0.1–1 мА	Відсутній
1–1.5 мА	Подразнююча дія. 1мА – поріг від­чут­ного струму
1.5–2 мА	Втрата чутливості
2–16 мА	Біль, м’язові скорочення
16–20 мА	16 мА – “знерухуючий” струм, вище якого людина не може звільнитись від електродів
20–100 мА	Дихальний параліч
0.1А–3 А	Смертельні шлуночкові фібриляції (необхідна термінова реанімація)
Більше 3 А	Зупинка серця, тяжкі опіки

Постійний струм з напругою U  60–80 В використовується з лікувальною метою в гальванізації. При цьому гус­ти­на струму не повинна перевищувати j_max = 0.1 мА/см². 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, -, -, -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.

П одразнювальна дія слабких струмів низької частоти ( кГц) 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.

а)

б)

в)

Мал. 4.14.

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–Реймона, згід­но з яким подразнення прямо пропорційне до швидкості зміни сили струму . Імпульси прямокутної форми (мал. 4.14а) застосовуються, наприклад, при лікуванні електро­сном, для кардіостимуляції; при електрогімнастиці викорис­то­вують ім­пуль­си трикутної та експоненційної форми (мал. 4.14б, 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

Q = I ²Rt. (4.39)

Обчислимо теплову потужність q, яка виділяється в оди­ни­ці об’єму: q = Q/Vt. Скориставшись (4.30), (4.33) і враху­вавши, що V = Sl, матимемо:

q = j². (4.40)

Остання рівність з урахуванням закону Ома в диференційній формі (4.34) може бути записана

q = E² = jE. (4.41)

Формули (4.40) і (4.41) 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 кГц 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.