Home » Вивчення дії постійного і змінного струму на біологічні об’єкти

Вивчення дії постійного і змінного струму на біологічні об’єкти

10 Червня, 2024

Вивчення дії постійного і nзмінного струму на біологічні об’єкти

Кров, nцитоплазма та різні тканинні рідини – це розчини електролітів. Наприклад, у nплазмі крові міститься 0,32% кухонної солі. Можна було б стверджувати, nщо такі системи містять багато вільних іонів і внаслідок цього мають велику nпитому електропровідність. Проте, проведені дослідження показали, що опір nцитоплазми, живих клітин і деяких тканин великий. Це можна пояснити тим, що на nелектричні параметри клітин впливають властивості їх мембран (діелектрик), а nвластивості тканин зумовлені не лише властивостями електролітів, але й іншими nречовинами, які входять до складу тканини: жирами, вуглеводами, іншими nорганічними речовинами з властивостями діелектриків та напівпровідників. З цієї nпричини електропровідність різних тканин суттєво відрізняється. Найкраще nпроводять струм спинномозкова рідина, кров, лімфа, дещо гірше – м’язи, печінка, nсерцевий м’яз, легенева тканина і найгірше жирова, кісткова тканини та шкіра

Складними nє електричні властивості клітин. Питомий опір цитоплазми лежить у межах від 0,1 nдо 300 Ом × м (для більшості клітин ссавців nприблизно 1 – 3 Ом × м).

Клітинна мембрана – це nдіелектрик, питомий опір 1 см² якого для різних клітин знаходиться у nмежах від 10³ до 10⁴ Ом × nм.

Якщо nприкласти електроди до ділянки тіла, то струм проходить через шкіру, жирову, nм’язеву тканини, через кровоносні та лімфатичні судини, вибираючи ті ділянки, nде менший опір (кровоносні і лімфатичних судини, міжклітинна рідина, волокна nнервових стовбурів та ін. ). Тому на основі таких вимірювань важко говорити про nопір однієї тканини. Поляризаційні явища також мають значний вплив на процес nпроходження струму через живі об’єкти.

Позитивно nта негативно зарядженні іони, рухаючись в електричному полі у протилежних nнапрямках, накопичуються біля клітинних мембран .

Клітинна мембрана має діелектричні nвластивості, тому така система протилежних за знаком зарядів, розділених nдіелектриком, нагадує своєрідний конденсатор, ємність якого

де Dq – заряд поверхні мембрани,

nDj — різниця потенціалів між nпротилежними поверхнями мембрани.

Діелектричні nвластивості біологічних об’єктів визначаються структурними компонентами та nявищами поляризації.

Якщо до живої тканини прикласти постійну різницю nпотенціалів, то виявляється, що сила струму змінюється в часі, при сталій nнапрузі.

Сила струму за певний час змінюється nв сотні разів, а через деякий час встановлюється на сталому рівні. Це пов’язано nз виникненням е. р. с., поляризації під час проходження постійного струму через nбіологічну систему. Ця електрорушійна сила є функцією часу і зменшує прикладену nнапругу. Закон Ома для біологічних систем запишеться у вигляді:

де E(t) – е. р. с., поляризації.

Змінна величина струму з часом nнаведена на рис. 1

Е(t) пов’язана з діелектричними nємнісними властивостями живих об’єктів, зумовленими поляризацією.

Поляризація. Види поляризації.

Поляризацією називається процес зміщення зв’язаних nелектричних зарядів під дією зовнішнього електричного поля в результаті цього nутворюється електрорушійна сила, яка напрямлена проти зовнішнього поля.

Ступінь поляризації діелектрика nхарактеризується вектором поляризації , який дорівнює відношенню nвекторної суми дипольних моментів, які входять в об’єм речовини, до об’єму:

де– число молекул або атомів в об’ємі nречовини.

У відсутності поляризації .

Зв’язані заряди утворюють електричне поле , nнапрям якого протилежний зовнішньому полю Е_о. Модуль напруженості nрезультуючого поля в діелектрику дорівнює

Відношення Е₀ nдо називається діелектричною проникністю nдіелектрика і вказує на послаблення електричного поля в речовині порівняно з вакуумом.

де Е_о – напруженість nоднорідного поля у вакуумі, Е – напруженість поля у речовині.

Виділяють такі види поляризації:

Речовини, nмолекули яких мають симетричну структуру, тобто при відсутності зовнішнього nполя, центри “тяжіння” позитивних та негативних зарядів збігаються і дипольний nмомент молекули Р рівний нулю, є діелектриками. Під впливом зовнішнього nелектричного поля заряди таких неполярних молекул зміщуються у протилежні nсторони, і молекула набуває дипольного моменту. Тобто індукується дипольний nмомент за рахунок деформації електронних орбіт. Така поляризація називається nелектронною або деформаційною. До таких молекул належить О₂, Н₂.

Для nізотропного діелектрика вектор поляризації пропорційний напруженості nзовнішнього поля і співпадає з нею за напрямком:

Коефіцієнт b n– називається поляризованістю атома або молекули, який залежить від будови nречовини і температури.

Час виникнення поляризації після миттєвого накладання nзовнішнього електричного поля називається часом релаксації t. Час nрелаксації електронної поляризації:

Другу групу діелектриків nстановлять речовини, молекули яких мають асиметричну будову. Тобто центри “тяжіння” позитивних і nнегативних зарядів не збігаються. Молекули цих діелектриків називають nдипольними. У відсутності зовнішнього поля дипольні моменти полярних молекул nвнаслідок теплового руху орієнтовані в просторі хаотично. Якщо ж цей діелектрик nпомістити в зовнішнє поле, то сили цього поля орієнтують диполі вздовж поля. nТака поляризація діелектриків називається орієнтаційною або дипольною. До таких nдіелектриків відноситься Н₂О, спирти, аміак. Дипольна поляризація nпритаманна білкам, а також високомолекулярним сполукам в результаті дисоціації nіоноген них груп, які мають дипольні моменти. З ростом температури дипольна nполяризація зменшується (підсилюється хаотичний рух молекул). Час релаксації nдипольної поляризації

Третій nвид поляризації — іонна поляризація nвластива речовинам, молекулами яких мають іонну будову (NaCl). Якщо кристал помістити в електричне nполе, то відбувається деяка деформація кристалічної гратки або відносне nзміщення підграток, що і зумовлює виникнення дипольних моментів. Іонна nполяризація. Якщо кристалічний діелектрик типу NaCl, що має іонні кристалічні nрешітки, помістити в зовнішнє електричне поле, то позитивні іони кристалічної nрешітки зміщуються вздовж напряму поля, а негативні – в протилежний бік.

Іонні кристали здатні поляризуватися nтакож при відсутності електричного поля за рахунок деформації (кварц, сегнетова nсіль і ін.).

Це явище називається п’єзоелектричним ефектом(п’єзоефект).

Має місці і обернений п’єзоефект. При накладанні змінного nелектричного поля кристал змінює свої лінійні розміри – деформується, і nутворюються ультразвукові хвилі.Час релаксації іонної поляризації

Макроструктурна nполяризація виникає під дією електричного поля за наявності шарів з різною nелектропровідністю. Під впливом поля вільні іони рухаються у провідному шарі до nйого межі. А далі рух неможливий внаслідок іншої електропровідності сусіднього nшару. В результаті цього провідне середовище набуває дипольного моменту. nНаприклад, цитоплазма клітини має малий опір внаслідок великої концентрації nвільних іонів, а мембрана – великий опір (мала проникність для іонів). nМакроструктурна поляризація відіграє основну роль у біологічних об’єктах, тому nдіелектрична проникність тканин набуває значних величин. Час релаксації nмакроструктурної поляризації

Поверхнева поляризація nвиникає при накладанні на речовину, яка має подвійний електричний шар, nзовнішнього електричного поля. В результаті поляризації відбувається nперерозподіл на поверхні речовини зарядів: іони дифузного шару зміщуються в nодну сторону, а іони дисперсної фази – в іншу сторону. Отже, в подвійному шарі nутворюється дипольний момент. Механізм поляризаційних явищ клітин зв’язаний з nнаявністю напівпроникних мембран для іонів. Під дією зовнішнього електричного nполя іони в клітинах рухаються відповідно до їх зарядів. Різнойменні іони nконцентруються на протилежних ділянках внутрішньої поверхні клітинної мембрани. nВ середині мембрани утворюється поляризаційне поле, яке напрямлене проти nзовнішнього електричного поля. На зовнішній стороні мембрани індукуються іони nпротилежного знаку. Час релаксації поверхневої поляризації

Електролітична nполяризація. Розглянемо процеси, які протікають на межі поділу: метал – розчин nелектроліту. Наприклад, зануримо пластинку з срібла в розчин A_gNO₃. nЯкщо хімічний потенціал іонів срібла в металі менший, ніж у розчині, то частина nіонів із розчину перейде в метал. На електроді встановиться позитивний заряд. nПерехід іонів срібла з розчину на метал зупиниться, тому що до металу будуть nпритягуватися аніони NO₃^–. На електроді утвориться nподвійний електричний шар. При електрохімічній рівновазі хімічні потенціали nіонів у металі і в розчині відрізняються на величину різниці потенціалів.

Електричні властивості тканин організму

Біологічні тканини по nрізному проводять електричний струм. Основним механізмом, який характеризує nпротікання електричного струму в живих організмах, є електрична провідність, nяка обумовлена іонною провідністю. Електропровідність окремих ділянок організму nістотно залежить від опору шкіри і підшкірних шарів. Опір шкіри визначається nфізіологічним станом, віком, товщиною, місцем вимірювання, температурою і nвологістю шкіри. В організмі струм поширюється, в основному, кровоносними і nлімфатичними судинами, м’язами і нервовими стовбурами.

Всі тканини, які містять воду, можуть nбути поділені на три групи:

– nрідкі nтканини(кров, лімфа), які містять водну суспензію клітин і білкові молекули;

– nм’язові nтканини і тканини внутрішніх органів (серце, нирки, печінка і ін.), які містять nвелику кількість води;

– nтканини nз малим вмістом води (жир, кістки).

Електричні параметри біологічних nтканин можна охарактеризувати діелектричною проникністю e і питомою електричною провідністю g.

Органічні nречовини (білки, жири, вуглеводи і ін.), з яких складаються живі тканини, в nчистому і сухому вигляді є діелектриками. Значення e для nдеяких діелектриків приведені в таблиці 1.

Таблиця 1

№ п/п

Діелектрична проникність e при 20 ^оС

Хлористий натрій кристалічний

6,12

Поліетилен

2,2 –2,3

Скипидар

2,2

Нітробензол

Спирт етиловий

26,3

Вода

Білок яйця

Кров

Повітря

1,00058

Всі тканини і nклітини обмиваються рідинами (кров, лімфою), різними тканинними рідинами, в nсклад яких, крім органічних колоїдів входять розчини електролітів, які є в nвідносно непоганими провідниками. Різні тканини в організмі мають неоднакову nелектропровідність (таблиця 4.2).

Таблиця 4.2 – Питомий опір деяких біологічних систем

№ п/п

Тканина

g, Ом м

Спинномозкова рідина

5,5 10^-1

Сироватка крові

7,1 10^-1

М’язева тканина

2,0

Печінка

Нервової тканини

Жирової тканини

Сухої шкіри

10²

Кістки без надкістя

10⁶

Еритроцити

10⁶

Визначення опору біологічних об’єктів nна постійному струмі важко проводити через наявність поляризації. При протіканні nпостійного струму через живі клітини часто спостерігається дезінтеграція клітин nпри різкому пониженні їх електропровідності.

В nроботі з живими тканинами при вимірюванні електропровідності з метою зменшення nполяризаційних ефектів використовують компенсаційні схеми з спеціальними nмостами на змінному струмі.

Використання постійного струму з лікувальною метою. Гальванізація і nелектрофорез.

Невеликі nструми мають терапевтичну дію. Метод лікування невеликим постійним струмом nназивають гальванізацією.

У залежності від місця прикладання nелектродів подразнення передається нервовими клітинами у той чи інший орган, в nякому під дією струму відбуваються зміни обмінних та функціональних nвластивостей. У результаті швидкої реакції на подразнення у шкірі та внутрішніх nорганах рефлекторно розширюються капіляри, змінюється проникність клітинних nмембран. Електроліз, що відбувається у клітинах і тканинах, зумовлює виникнення nнових речовин з іншою фізіологічною активністю і т.п.

Тепловий ефект під час гальванізації nдуже незначний, тому що при терапевтичних процедурах використовують струми з nгустиною не більшою за 0,5мА/см².

Первинна nдія електричного струму на тканини організму пов’язана з рухом іонів nелектролітів та інших заряджених частинок. Рухливість цих частинок різна, тому nвідбувається їх перерозподіл. А також частинки можуть затримуватись біля nнапівпроникних перегородок у тканинах, внаслідок чого змінюється концентрація nіонів у різних елементах тканин. У цьому полягає первинна дія електричного nструму на тканини організму.

У клінічній практиці використовують nще один метод лікування постійним струмом – лікувальний електрофорез. Цей метод nполягає у введенні за допомогою струму лікарських речовин у живий організм nчерез шкіру або слизову оболонку. При цьому дія струму поєднується з дією nвведених лікарських речовин.

Проникність шкіри невелика, тому що nпори в шкірі заповнені повітрям, а стінки мають електричний заряд. Якщо шкіра nперебуває в електричному полі, то рідина з підшкірних тканин під дією поля nпереміщується зсередини назовні, повітря з пор витісняється і вони заповнюються nрідиною, а іони речовини з поверхні шкіри мають можливість дифундувати nусередину. Якщо прокладки під електродами змочити розчином лікарських речовин, nякі дисоціюють на іони або містять заряджені колоїдні частинки, то при nпропусканні струму іони і частки входять у тканину і викликають терапевтичний nефект. Одночасно з тканини в прокладку входять іони речовини, які містяться у nклітинних та позаклітинних рідинах (К+, Na+, Cl- тощо)

Рухливість іонів і колоїдних частинок n(антибіотики) невелика, проте під час введення їх шляхом електрофорезу, їх nможна виявити в органах і тканинах досить швидко. Це зумовлено тим, що nречовини, введені у тканини постійним струмом, надходять у кровоносні судини і nрозносяться потоком крові і лімфи по всьому організму.

Проходження змінного струму nчерез біологічні об’єкти

Кожній клітині, окрім омічного опору, nвластивий також ємнісний, зумовлений накопиченням іонів протилежного знаку біля nклітинних мембран. Поляризаційна ємність сягає значення 10мкФ та більше на nквадратний сантиметр поверхні мембрани. Наявність ЕРС поляризації та nполяризаційної ємності ускладнює вимірювання електропровідності живих клітин nпри постійному струмові, а також цей струм, проходячи через цитоплазму, nрозкладає її. З цієї причини вимірювання електричних параметрів біологічних nоб’єктів зручніше проводити з використанням змінного струму.

Проходження nзмінного струму через повне коло описується законом Ома:

де Z- повний nопір кола (імпеданс). Для біологічних об’єктів характерні омічний і ємнісний nопори. Електрична модель nоб’єкта може бути подана різними комбінаціями ємностей і омічних опорів – nрізними еквівалентними електричними схемами.

При послідовному з’єднанні активного nопору R і ємності С повний опір (імпеданс) дорівнює

а при паралельному

де і=

Тангенс nкута зсуву фаз між струмом і напругою визначається відношенням напруги на nємнісному і активному опорах. Під час послідовного з’єднання сила струму nоднакова, тому:

Дві величини – Z і tga — nвідіграють головну роль під час дослідження електричних властивостей живих nклітин і тканин.

У nрезультаті досліджень встановлено:

1. Опір біологічного об’єкта при змінному nструмі менший, ніж при постійному.

2. Опір (імпеданс) зменшується при nзбільшення частоти змінного струму до деякого значення, після чого залишається nпрактично сталим.

Це явище називається дисперсією nелектропровідності імпедансу. Дисперсія імпедансу зумовлена залежністю nємнісного опору від частоти , nа також поляризаційними процесами, які в наслідок інерції іонів послаблюються nпри високих частотах. Для більшості тканин мінімальний опір буде при частоті nзмінного струму »10⁶ Гц, а для нерва – при nчастоті »10⁹ Гц.

3. За певної частоти біологічний опір об’єкта залишається сталим, nякщо не змінюється його фізіологічний стан. Під час пошкодження тканини опір її зменшується до певного мінімального nзначення, яке досягається при її відмиранні. Дисперсія імпедансу nспостерігається лише для живих тканин. Після відмирання тканини опір від nчастоти не залежить.

На nрис. 2 наведено криві залежності опору рослинної тканини від частоти струму. Крива 1 стосується nздорової тканини, 2 – тканини, яку нагріли у гарячій воді, 3 – стосується nтканини, яку кип’ятили тривалий час, тобто не живої тканини.

Частотні nхарактеристики електричного опору для різних тканин подібні, але значення повного опору (імпедансу) для різних тканин nрізні. Наприклад, кісткова тканина містить у собі багато кристалів фосфату nкальцію, тому має більший імпеданс, ніж м’які тканини.

Наявність nємнісних елементів в біологічних об’єктах nпідтверджується зсувом фаз між струмом і напругою. Вимірювання tg a для nрізних об’єктів показали що при частоті 1 кГц для нерва жаби зсув за фазою — n64⁰, для м’яза кролика – 55⁰, для шкіри людини – 55⁰ nтощо.

За nінших частот зсув буде іншим, хоча він і недуже залежить від частоти. Але nзалежність зсуву за фазою від частоти струму характерна лише для живих клітин і nтканин і зникає під час її відмирання.

Метод nвимірювання імпедансу використовують у медичних дослідженнях, а саме під час nвивчення процесів у живих клітинах і тканинах під впливом випромінювання, nультразвуку та інших фізичних факторів, а також у процесі зміни фізіологічного nстану. Наприклад, виявлено, що при запальних процесах на перших стадіях хвороби nспостерігається збільшення опору тканини. Це пояснюється тим, що під час nзапалення клітина набрякає, міжклітинні проміжки зменшуються і активний опір nзбільшується. На наступних стадіях запального процесу змінюються структурний та nхімічний склади тканин, що веде до зменшення ємності та опору. Отже, nвимірювання електричних параметрів тканин може використовуватись як засіб для nдіагностики стадій запальних процесів.

Виявлено, nщо на різних стадіях утворення злоякісних пухлин ємнісний опір тканини nзмінюється, і цей показник можна використати для ранньої діагностики nзахворювання. Під час відмирання тканини, а також під дією пошкоджуючих nфакторів радіація, ультразвук, температура) збільшується проникність мембран і, nяк наслідок, збільшуються іонні потоки – послаблюється ефект поляризації на nмежі їх розподілу. Це зумовлює зменшення опору та ємності об’єкта при низьких nчастотах, а при високих – поляризація на межі розподілу практично відсутня, nтому високочастотний опір майже не змінюється. Таким чином, під час дії nпошкоджуючих факторів та під час відмирання тканин дисперсія її електричних nпараметрів зменшується, а для мертвої тканини взагалі відсутня. Для оцінки nжиттєвості тканин вводять коефіцієнт поляризації:

де R_н.ч – опір nтканини при низькій частоті,

nR_в.ч — опір тканини при високій частоті.

Наприклад, для печінки ссавців nК=9-10, а печінки жаби –2-3. К залежить від інтенсивності обміну речовин у nтканинах. Під час відмирання тканин nкоефіцієнт поляризації зменшується, а nдля мертвої – прямує до одиниці.

У nклітинній практиці вимірювання імпедансу використовуються для дослідження nкровонаповнення органів. Метод реєстрації зміни імпедансу органів під час їх nкровонаповнення називають реографією. Використовуючи багатоканальні реографи, nможна досліджувати перерозподіл крові між органами в нормі і патології.

Реоенцефалографія – метод nдослідження мозкового кровообігу, який базується на реєстрації пульсових nколивань імпеданса головного мозку під час проходження через нього струму високої частоти, але малого за силою nта напругою. Цим методом визначають стан геодинаміки та пульсове nкровонаповнення окремих ділянок nголовного мозку, стан стінок судин та венозний кровообіг.

У фізіотерапії використовують ультрависокочастотні nелектричні поля. Ці поля зумовлюють поляризаційні явища у тканинах, і, як nнаслідок, виникає тепловий ефект, який залежить від діелектричної проникності nопору тканин, частотних характеристик поля. Максимальний нагрів тканин буде в nзоні дисперсії електропровідності, тобто під час інтенсивної поляризації. Тому nважливим напрямком у розвитку фізіотерапії є дослідження електричних nвластивостей тканин у діапазонах частот, що викликають лікувальний ефект при nфізіопроцедурах.

Біофізичні основи реографії

В клінічній практиці вимірювання nімпедансу використовують для дослідження кровонаповнення органів. Реографія – nце запис зміни величини електричного опору живих тканин, органів або ділянок nтіла при проходженні через них змінного електричного струму високої частоти, nале слабого по силі. Тканину при цьому розглядають як електричний провідник, nякий має іонну провідність. При проходженні електричного струму в живій тканині nпотрібно враховувати дію цілого ряду факторів (мембранний потенціал, наявність nпотенціалу спокою і дії і інше), але все ж таки визначальним фактором є опір, nпри чому мається на увазі повний опір (імпеданс).

Різні nділянки живої тканини характеризуються стабільною величиною електропровідності nі тільки ділянки, в яких змінюється їх об’єм або склад, змінюється величина nопору. Зміна електричного опору обумовлена в першу чергу коливанням nкровонаповнення судин і зміною швидкості руху крові в них. Вслід за систолою nшлуночків серця в судинну систему виштовхується деяка маса крові і виникає nхвиля кровонаповнення, яка розповсюджується по судинах. По мірі розповсюдження nвід серця до периферії ця хвиля викликає зміну об’єму різних органів або nділянок тіла. Тобто, переміщення систолічного об’єму крові розширяє артеріальні nсудини і приводить до прискорення кровотоку в цих судинах.

Метод nреографії ґрунтується на законі Ома. Так як кров характеризується значно nбільшою електропровідністю порівняно з іншими тканинами, то при збільшенні nоб’єму крові в деякій ділянці судинної системи після її систолічного виштовхування nспостерігається збільшення електропровідності (опір падає), а після зменшення nоб’єму в результаті відтоку крові спостерігається зменшення електропровідності. nЗареєстровані в часі коливання електропровідності створюють умови для одержання nреограми.

Між зміною електропровідності і nоб’ємом органів, які вивчаються, існує така залежність:

де – nелектропровідність органу;

– nзміна електропровідності;

v- об’єм органу;

– nзміна об’єму органу.

Величина nелектричного опору живих тканин залежить від частоти струму, який проходить nчерез ці тканини. Ця залежність визначається структурою досліджуваної ділянки, nрозподілом тканин з ємнісними або резисторними властивостями і зв’язком між nелектричними властивостями тканин і частотою струму. Тому вибір частоти струму, nна якій ведуться дослідження, дуже важливий. На малих частотах опір шкіри і nтканин дуже великий (~610⁴ nОм) і реєструвати зміну опору (електропровідності) важко. Дуже великі частоти nструму теж неприйнятні, оскільки, внаслідок великого розсіювання їх важко nпідвести до досліджуваної ділянки тіла, крім того, струм великої частоти nрозповсюджується переважно по поверхні тіла. Більшість реографів, які nвипускаються промисловістю, сьогодні працюють в діапазоні частот 30…80 кГц. nСлід мати на увазі, що вибір діапазону частот дослідження визначається nдіелектричними властивостями шкіри.

Електропровідність nкрові залежить від швидкодії її руху, а зміна опору рухомої крові залежить від nконцентрації еритроцитів. Особливо важливим є те, що коливання електропровідності, nякі зв’язані з пульсовим прискоренням кровотоку, чітко реєструються в nартеріальному руслі і гірше – у венах.

Таким nчином, дякуючи застосуванню змінного струму високої частоти можлива реєстрація nдуже малої величини зміни електричного опору живої тканини обумовленої nколиваннями кровотоку. Експериментальні дослідження різних авторів показали, що nця величина не перевищує (0,5…1)% від загального опору між електродами. nРеєстрація таких малих змін електричного опору можлива лише з допомогою nсучасної підсилювальної апаратури.

Коливання nелектричного опору, які реєструються як реографічні хвилі, характеризуються nпараметрами, основними із яких являються період, амплітуда і форма хвилі. Ці nпараметри реографічних хвиль відображають її складні процеси, які відбуваються nв артеріальній системі при роботі серця. Коливання маси крові у ділянці nсудинного русла, яка вивчається відображають стан пульсового кровонаповнення, nщо проявляється на реограмі у відповідній амплітуді географічної хвилі. nВеличина кровонаповнення, швидкість кровотоку, характер їх динамічних змін nпісля скорочення серця визначається станом судинної системи, артеріального і у nменшій степені венозного русла; еластичності, пружнов’язних властивостей. Так, nнаприклад, еластична судинна стінка дозволяє масі крові після систоли швидко і nповністю розкрити просвіт судини. При порушенні еластичності цей процес буде nіншим в часі, а розширення судини не таким повним. Будь-яка зміна стану стінки nартеріальної судини при різних її паталогічних станах відобразиться на формі nреографічної хвилі. Період реографічної хвилі визначається частотою серцевих nскорочень.

Таким чином, реографія дає nінформацію про величину пульсового тиску, кровонаповнення, стан судинної nсистеми, про відносну швидкість кровотоку, а також про артеріальний і венозні nрівні кровообігу судинної системи головного мозку, так званий метод nреоенцефалографії (РЕГ). При дослідженні судинної системи головного nмозку цим методом і особливо при інтерпретації результатів дослідження виникає nряд труднощів, які зв’язані в першу чергу з тим, що кровообіг в мозку nдосліджують через черепну коробку і м’які тканини голови.

Дія електричного стуму на nживі організми

Під час дії nпостійного струму на організм існує nпевне порогове значення сили струму, нижче від якого струм не викликає nподразнення. Це порогове значення різне для різних організмів та залежить від nїх фізіологічного стану.

Можна nвважати, що для людини струм з густиною 1,0 – 1,5 А/м² не зумовлює nподразнення. Подразнення стає відчутним при густині струму 2,0 – 3,0 А/м², nа при густині струму більше від 5 А/м² nспостерігається пошкодження тканин та органів, що може призвести до смерті nвнаслідок подразнення нервів та нервових центрів, які керують процесами nдихання. Ефект дії змінного струму на організм приведений в таблиці 3.

Таблиця 3

Сила струму при частоті 50 Гц

Ефект дії струму

0 –0,5 мА

Відсутній

0,5 – 2 мА

Втрата чутливості

2 – 10 мА

Біль, м’язове скорочення

10 – 20 мА

Зростає дія на м’язи, деяке пошкодження. При 16 мА – людина не може звільнитись від електродів.

20 – 100мА

Параліч дихання

100 мА – 3 А

Смертельна шлуночкова фібриляція, якщо дуже швидко не відбудеться реанімація

Більше від 3 А

Зупинка серця. Якщо шок був короткочасний, серце ще можна реанімувати.

Фібриляція nможе виникати також з інших причин. У цьому випадку використовують електричний nструм певної сили та частоти для відновлення серцевої діяльності дефібриляція. nЕлектричні дефібрилятори успішно використовують у клінічній практиці.

Фізичні процеси в nбіологічних тканинах під дією електричного струму.

Характеристики електричного nструму. Закони Ома і Джоуля Ленца в диференціальній формі

Електричним nструмом називають впорядкований (напрямлений) рух електричних зарядів.

Сила nструму визначається nвідношенням кількості заряду , який переноситься через переріз провідника, до проміжку nчасу , за який цей заряд переноситься:

Якщо nза будь-які однакові проміжки часу переносяться однакові кількості електричного nзаряду, такий струм називають постійним. Тоді

Густина nструму – величина, яка nдорівнює відношенню струму до площі поперечного nперерізу провідника , через який цей струм проходить.

У nвипадку постійного струму

Закон nОма в диференціальній формі:

густина nструму пропорційна напруженості електричного поля і має однаковий з нею напрям. nТут – питомий опір, – питома nелектропровідність.

Закон Ома в такому nвигляді встановлює зв’язок між локальними величинами, які відносяться до даної nточки провідника, тому він застосовний і до неоднорідних провідників.

Пропускання електричного nструму через біологічні тканини супроводжується нагріванням. Кількість теплоти, nяка при цьому виділяється

Теплова потужність одиниці об’єму:

Отримані формули виражають закон nДжоуля-Ленца в диференціальній формі.

Електропровідність тканин nорганізму. Гальванізація та лікувальний електрофорез

Багато біологічних nсередовищ є електролітами. Носіями струму в електролітах є позитивно і nнегативно заряджені іони, які виникають в результаті електролітичної nдисоціації.

Напрямлений рух іонів в nелектроліті можна вважати рівномірним, при цьому електрична сила nзрівноважується з силою тертя

, ,

де – коефіцієнт тертя, – швидкість руху іона. nТоді

де – рухливість іонів.

Рухливість іонів чисельно дорівнює nшвидкості їх впорядкованого руху в електричному полі з напруженістю ,

Питома електропровідність nелектролітів визначається за формулою

Тут – коефіцієнт nелектролітичної дисоціації, – концентрація іонів.

Густина nструму в електроліті дорівнює:

Електропровідність тканин nі органів залежить від їх функціонального стану, і використовується як nдіагностичний показник.

Вимірювання nелектропровідності (кондуктометрія) широко використовується при вивченні nпроцесів, які відбуваються в живих клітинах і тканинах під час зміни nфізіологічного стану в результаті дії деяких хімічних речовин, а також за умови nпатологічних процесів.

Біологічним тканинам nвластива електрична гетерогенність. Найбільшу питому електропровідність має nспинномозкова рідина , а найменшу – кісткова тканина ; ; ; .

Первинна дія постійного nструму на організм пов’язана в основному з двома процесами: поляризацією тканин nорганізму і рухом та перерозподілом в організмі заряджених частинок. Ці процеси nвикликають зміну функціонального стану клітин організму, тобто збудження або nгальмування їхньої діяльності. Через нейрогуморальні або рефлекторні регуляторні nмеханізми це приводить до функціональних змін у відповідних тканинах і органах, nщо є основою лікувального ефекту.

Застосування постійного nструму невеликої сили (до 50 мА) і напругою в 30-80 В з лікувальною метою nназивають гальванізацією. При цьому густина струму не повинна перевищувати .

Введення в тканини nорганізму лікарських речовин за допомогою постійного струму називають nлікувальним електрофорезом.

Імпульсний струм та їх характеристики

Електричним імпульсом nназивається короткочасна зміна сили струму. Імпульси, що повторюються nназиваються імпульсним струмом.

Рис. 8

Характерними ділянками nімпульсу є:

1-2 фронт, 2-3 вершина, n3-4 зріз (або задній фронт), 4-5 хвіст.

Відношення називають крутизною nфронту.

Рис. 9

Період імпульсного струму n – це середній час між nпочатками сусідніх імпульсів. Обернена величина називається частотою повторення nімпульсів

Відношення

називається шпаруватістю nслідування імпульсів. А обернена до величина

коефіцієнтом заповнення.

Дія імпульсного струму на nтканини організму

Дія імпульсного струму на nорганізм визначається його частотою і формою.

При низьких частотах n(<500 кГц) електричний струм викликає подразнювальну дію на біологічні nтканини. Ця дія визначається законом Дюбуа-Реймона і Хорвега-Вейса-Ланіка.

1. nПодразнювальна nдія стуму прямопропорційна швидкості зростання сили струму, тобто крутизні nфронту імпульсу.

2. nУ nпевних межах подразнювальна дія пропорційна тривалості імпульсу.

3. nФізіологічна nдія імпульсного струму залежить від його шпаруватості (коефіцієнта заповнення).

Специфічна фізіологічна nдія імпульсного струму, або окремого імпульсу визначається його формою.

Імпульси прямокутної nформи використовують для стимуляції центральної нервової системи (електросон, nелектронаркоз) і при кардіостимуляції. – нервова система; – кардіограма.

При електрогімнастиці nвикористовують імпульси трикутної та експоненційної форми ; .

Електростимуляція – метод nелектротерапії, спрямований на відновлення порушеної функції органу шляхом nзаміни природного нервового імпульсу низькочастотним імпульсним струмом. nВідновлення порушеного ритму – основна мета електролікування.

Змінний струм. Повний опір в nколі змінного струму.

В широкому розумінні nслова змінний струм – це будь-який струм, що змінюється з часом. Ми будемо nрозглядати змінний струм як вимушені електромагнітні коливання.

Розглянемо nтри різних кола до кожного з яких прикладена напруга

а)

б)

в)

Рис. 10

Сила nструму в колі з резистором буде змінюватися у фазі з прикладеною напругою:

Сила nструму в колі з котушкою індуктивності буде відставати по фазі від прикладеної nнапруги на :

а nсила струму в колі з конденсатором буде випереджувати по фазі напругу на

За nдопомогою векторних діаграм це можна зобразити таким чином

а)

б)

в)

Рис. 11

Для nкола з резистором

омічний nопір, для кола з котушкою індуктивності

індуктивний nопір, а для кола з конденсатором

ємнісний nопір.

Розглянемо nколо в якому послідовно з’єднані резистор, котушка і конденсатор

Рис. 12

В nзагальному випадку сила струму в колі і напруга змінюються не в одній фазі. nЗнайдемо за методом векторних діаграм. nШукану напругу можна подати як суму трьох векторів , , (рис. 13).

Рис. 13

Величину можна знайти за nтеоремою Піфагора:

або

звідки

– повний опір кола nзмінного струму, який називається імпедансом.

Зсув nфаз між силою струму і напругою nвизначається із трикутника напруг:

Імпеданс тканин організму. nОснови реографії

Індуктивністю nбіологічних тканин нехтують (при Гц) і вважають, що їхній імпеданс дорівнює геометричній сумі nактивного і ємнісного опорів. Для nхарактеристики пропускання струму живими клітинами використовують еквівалентні nсхеми, тобто такі комбінації і , які можуть моделювати електричні параметри біологічних nтканин. Найбільш вдала еквівалентна електрична схема має такий вигляд

Рис. 5.14

При n

Частотна nзалежність імпедансу дозволяє оцінити життєздатність тканин організму, що nважливо при пересадці органів (дисперсія імпедансу )

Рис. 15

1 n– здорова тканина, 2 – мертва, зруйновані мембрани (живі конденсатори).

Імпеданс nтканин визначається їх функціональним станом, і може служити діагностичним nпоказником.

Так nімпеданс кровоносних судин залежить від їх кровонаповнення, а значить і від nсерцево-судинної діяльності. На цьому базується діагностичний метод, який nназивають реографією.

Реографія n– метод діагностики, який базується на дослідженні зміни імпедансу органів і nтканин під час їх кровонаповнення в процесі серцевої діяльності.

Крива nзміни імпедансу в часі називається реограмою. nЗа допомогою цього методу можна одержати реограму головного мозку n(реонцефалограма) серця (реокардіограма), магістральних судин і кінцівок n(реограми). Прилад для зняття реограм називається реографом.

Магнітні властивості речовини Електромагнітні хвилі

Із давнини до нас nдоходять відомості про лікувальні властивості магнітних полів. Кожен відомий nлікар минулого пропонував власний рецепт використання магнітів. Вважалося, що nмагніт відтягує грижу, знімає переломи, витягує жовтуху і водянку, заспокоює nболі різного походження, заліковує рани, відновлює порушену чутливість шкіри.

Сучасна медицина, nвідкинувши містичну уяву про магніти, продовжує дослідження впливу магнітного nполя на організм людини. Було доказано, що постійне магнітне поле, впливаючи на nмозок, викликає гальмування його кори, що приводить до зниження порогу больової nчутливості. Нагромаджений досвід спостережень за розсмоктуванням рубців, що nутворилися після операції під дією постійного магнітного поля. Існують дані про nте, що попереднє “омагнічення” біологічних об’єктів зменшує їх nсмертність при радіоактивному ураженні.

Проведені дослідження показують, що у людей, які на протязі nтривалого часу перебували у магнітному полі( руки знаходились в полі напруженістю n350-3500 е, а голова-не більше 150-250 е; ) спостерігалися відхилення збоку нервової і серцево-судинної nсистеми.

Магнітне поле, його характеристики

Магнітне поле – силове nполе, яке діє на рухомі електричні заряди і на об’єкти у яких є магнітний nмомент. До джерел магнітного поля відносяться: змінне електричне поле; nнамагнічені тіла, провідники з струмом і рух зарядів. Природа цих джерел єдина: nмагнітне поле обумовлене рухом заряджених мікрочастинок(електронів, протонів, nіонів), а також наявністю у мікрочастинок власного магнітного моменту.

Магнітний момент – одна з nнайголовніших магнітних характеристик.

Для контуру з струмом, nмагнітний момент дорівнює добуткові сили струму І на охоплювану ним площу nконтуру:

Можна показати, що nмагнітний момент електрона , де – заряд електрона, – його швидкість, -радіус орбіти.

Одиницею магнітного nмоменту в СІ є А·м².

Відношення максимального nмоменту сили до магнітного моменту євеличиною постійною, і тому може бути характеристикою nмагнітного поля:

Цю величину називають магнітною nіндукцією(індукцією магнітного поля). Індукція магнітного поля – векторна nвеличина і є силовою характеристикою поля. Одиниця магнітної індукції в СІ – nТесла (Тл), 1Тл=1Н/(А·М).

Магнітне поле зображають nу вигляді силових ліній. У кожній точці такої лінії вектор В розміщений уздовж nдотичної. На відміну від силових ліній електричного поля, силові лінії nмагнітного поля – замкнені. Магнітне поле – вихрове поле.

У кожному тілі існують nмікроскопічні струми, зумовлені рухом електронів у атомах і молекулах. Ці nструми створюють власні магнітні поля. Тому вектор магнітної індукції nхарактеризує не магнітне поле, а результуюче магнітне поле, обумовлене макрострумами nі мікрострумами. Отже, для одного і того струму і при всіх інших однакових nумовах, індукція магнітного поля в різних середовищах буде мати різне значення.

Магнітне nполе макрострумів характеризується вектором напруженості , який пов’язаний з вектором магнітної індукції співвідношенням:

тут – абсолютна магнітна nпроникність середовища, – безрозмірна величина, фізичний зміст якого дано пізніше.

Одиницею напруженості nмагнітного поля в СІ є Ампер на метр(А/м).

Намагнічення тіл nхарактеризується вектором намагнічення – величиною, рівною сумарному моменту атомів і молекул в nодиниці об’єму речовини:

де – магнітний момент nатома (чи молекули) – достатньо малий об’єм речовини(в якому поле вважається nоднорідним).

Вектор nнамагнічення прямо пропорційний напруженості поля, яке викликає намагнічення:

де – безрозмірна nвеличина, яка залежить від природи речовини і називається магнітною nсприйнятливістю.

Магнітну індукцію поля у речовині можна nвиразити як алгебраїчну суму індукції намагнічуючого поля(чи поля, обумовленого намагнічуючим nструмом у вакуумі) і індукції власного поля. Індукцію власного поля можна визначити через nвектор намагнічення:

тут , називається магнітною проникністю і показує, у скільки разів nмагнітна індукція поля, утворювана намагнічуючим струмом у даній речовині, nбільша індукції поля, створюваного цим же струмом у вакуумі.

Добуток – називається nабсолютною магнітною проникністю і позначається через.

Закон Біо-Савара-Лапласа

Згідно nзакону Біо-Савара-Лапласа – малий відрізок провідника – (мал.5.16), по якому nпротікає струм утворює в т.М, яка nзнаходиться на відстані r від , магнітне поле напруженістю:

тут – кут утворений між nнапрямком і вектором .

Рис.16

Індукція nмагнітного поля безмежно довгого провідника із струмом, у будь-якій точці nвизначається за формулою:

У центрі колового струму:

Індукція магнітного поля nЗемлі – Тл(в районі курської магнітної аномалії), на екваторі –, мозку – Тл, ока – Тл, серця – Тл.

Магнітні властивості речовини

Магнетики за їх магнітними nвластивостями поділяються на три основних класи: діамагнетики, парамагнетики і nферомагнетики.

У всіх діамагнітних nматеріалах сумарне магнітне поле орбітальних рухів всіх електронів дорівнює nнулю. Проте, під впливом зовнішнього середовища, у атомах речовин виникає n(індукується) магнітний момент, направлений протилежно до зовнішнього поля. Для всіх діамагнетиків , . до діамагнетиків належить багато металів(наприклад Аg, Au, nCu); більшість органічних сполук, смоли, водень, азот, вода.

У парамагнітних речовинах nпри відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти електронів не nскомпенсовані і атоми мають певний магнітний момент.

При внесені парамагнетика nу зовнішнє магнітне поле встановлюється орієнтація магнітних моментів атомів nуздовж зовнішнього магнітного поля. Парамагнетизм властивий багатьом елементам nу неметалічному стані (лужно і лужноземельним металам), деяким металам nперехідних груп з незаповненими d або f шаром електронної оболонки – групи заліза, nпаладію, платини, молекулах газів і No.

Для nпарамагнетиків ,

Феромагнетики – це nмагнітно впорядкований стан речовини, при якому всі магнітні моменти носіїв магнетизму nі при відсутності зовнішнього магнітного поля впорядковані у певному напрямку. nСеред хімічних елементів феромагнетиками є перехідні елементи: Fe, Co, Ni, ряд nрідкоземельних металів: Cd, Er, Тв, і т.д.

Магнітна проникність nферомагнетиків сягає значень тисяч.

Магнітна сприйнятливість nферомагнетиків росте з збільшенням температури. При деякій температурі феромагнетик nперетворюється в парамагнетик; ця температура називається температурою(точкою) nКюрі. Поблизу температури Кюрі магнітна сприйнятливість феромагнетика різко nзростає.

Магнітна сприйнятливість nдіамагнетиків і деяких парамагнетиків (наприклад, в лужних металах) не залежить nвід температури. Магнітна сприйнятливість парамагнетиків (за деякими nвиключеннями) змінюється обернено пропорційно абсолютній температурі.

Феромагнетик, поміщений у nмагнітне поле, змінює свої лінійні розміри, тобто деформується. Це явище nназивається магнітострикцією. Відносне видовження залежить від природи nферомагнетика і напруженості магнітного поля. Величина магнітострикційного nефекту не залежить від напрямку поля; у одних речовин спостерігається(нікель), nу інших видовження(залізо у слабких полях) вздовж поля. Це явище nвикористовується для отримання ультразвукових коливань з частотою до 100 кГц.

Електромагнітні хвилі. Основи теорії Максвелла

В основі теорії Максвела лежать два положення:

1. Довільне електричне поле породжує вихрове магнітне nполе. Змінне електричне поле було названо Максвелом струмом зміщення, так як воно nподібно звичайному струму, викликає магнітне поле:

яке показує, що вихрове магнітне поле породжується як nструмами провідності (рухомими електричними nзарядами), так і струмами зміщення .

Довільне змінне магнітне поле породжує вихрове електричне n основний закон nелектромагнітної індукції:

Процес поширення змінного електромагнітного nполя у просторі являє собою електромагнітні хвилі. На рис. 5.17 подано графічне nзображення плоскої електромагнітної хвилі.

Рис.17

У цьому випадку вектор nнапруженості електричного поля коливається у nвертикальній площині, а магнітного поля Н у горизонтальній площині. Поширення nхвилі відбувається в напрямку осі . Електромагнітні хвилі – поперечні. Процес поширення хвиль nописується рівняннями Максвелла. Якщо осі координат вибрати так, що напрям осі співпаде з напрямком nпоширення хвилі, напрям вектора з віссю , а вектора Н з віссю , то рівняння Максвелла матимуть вигляд:

де і – відносні nдіелектрична і магнітна проникності середовища. Якщо продиференціювати перше nрівняння по , а друге рівняння по , то після відповідних перетворень дістанемо:

Аналогічно можна nотримати:

Розв’язком записаних вище nрівнянь є функції:

Ці вирази є рівняннями плоскої nгармонічної хвилі, що поширюється вздовж осі з амплітудами і відповідно з періодом nколивань і швидкістю поширення n. Продиференціювавши по і :

Отримаємо:

Порівнюючи (5.55) і (5.60)бачимо, що:

Отже вираз для швидкості світла у nсередовищі:

Так як у вакуумі – швидкості поширення nсвітла, то отримуємо:

де – показник заломлення nсередовища.

Вектор Умова-Пойнтінга

Енергія електромагнітного nполя складається з енергії електричного поля і енергії магнітного поля. Миттєве nзначення об’ємної густини енергії електромагнітного поля рівне:

Враховуючи, що , отримаємо:

Густину потоку енергії nхвилі можна отримати, nпомноживши об’ємну густину енергії поля на швидкість хвилі:

Густина потоку енергії – nце вектор, який співпадає з напрямком поширення хвилі у даному випадку він nназивається вектором умова – Пойтінга.

Взаємодія електромагнітного поля з речовиною

Електромагнітне поле n(ЕМП) являє собою сукупність змінних електричного і магнітного полів, що nвикликають появу в поміщених у ньому провідниках змінних струмів, чи приводить nдо повертання дипольних моментів у діелектриках, тобто до поляризації, що nвідбувається з частотою, що обумовлена частотою ЕМП. Рух заряджених частинок: nелектронів, іонів та дипольних молекул підвищує внутрішню енергію речовини, nтобто приводить до її нагрівання, інтенсивність якого зростає з частотою nелектромагнітного поля.

Для створення високочастотного ЕМП nзастосовуються спеціальні генератори, основною частиною яких є коливальний nконтур, який

складається з nконденсатора і котушки індуктивності. Високочастотне нагрівання речовини nздійснюють різними способами, в залежності від розташування його відносно nелементів коливального контуру (рис.18.)

Різні способи nвисокочастотного нагрівання провідників і діелектриків в терапевтичному контурі n(тіло, яке нагрівають заштриховане):

а – високочастотним nструмом, в – у змінному магнітному полі, б – у змінному електричному полі.

З точки зору електричних nвластивостей наші тканини розділяються на три групи: перша – рідкі провідники n(кров, лімфа); друга – м’язи і внутрішні органи (нирки, печінка, серце), до nскладу яких входять електроліти; третя – жир, кістки, епітелій та інші тканини nз незначним вмістом води.

Електроліти в nелектричному полі характеризуються іонною провідністю і мають значну за nвеличиною питому провідність . Але в електроліті є плаваючі білкові тільця n(еритроцити, лімфоцити), які обмежені мембраною. Мембрана має діелектричні nвластивості і надає ємнісних властивостей опору.

При проходженні струму nнизьких частот ним охоплюються міжклітинні простори, оскільки за малих частот nопір мембран досить значний і екранує nвнутрішнє середовище клітини. При підвищенні частоти до десятків і сотень nкілогерц опір мембран зменшується, і струм охоплює внутрішню частину клітини. nТоді загальна площа провідності збільшується, а опір зменшується.

Між протоплазмою і nоточуючою лімфою весь час відбувається порушення клітинної рівноваги внаслідок nдії струму на іони. Вони зсовуються з положення рівноваги, в результаті виникає nподразнююча дія струму.

При проходженні змінного nструму іони набувають коливальних рухів і з підвищенням частоти амплітуда nколивання зменшуватиметься і, отже, зменшуватиметься подразнююча сила струму. nПри частотах біля 200кГц змінний струм спричиняє лише теплову дію.

У тканинах, що є nдіелектриками, за рахунок обертання дипольних молекул в електричному полі ЕМП nвиникає струм зміщення, який переважає над струмом провідності за наявності nультрависоких частот, проте для ультрависоких частот електропровідність загалом nбільша, що сприяє накопиченню енергії в більш глибоко розташованих тканинах.

Нехай до провідника з nпитомим опором , довжиною , площею прикладені електроди, nз’єднані з генератором змінної напруги (рис.18, а) Згідно закону Джоуля-Ленца маємо:

тут – густина nструму, – об’єм провідника.

Таким чином, кількість nтеплоти, що виділяється у провіднику при проходженні електричного струму пропорційна nквадрату густини струму і його питомому опору.

Якщо провідник nзнаходиться у змінному електричному полі (рис.18, б), тоді, враховуючи, що , знаходимо з (5.67) вираз для кількості тепла:

У провіднику, поміщеному nу котушку коливального контуру (рис.18, в), виникає вихровий індукційний струм, nзавдяки якому виділяється теплота. Кількість теплоти, що виділяється з провідника, що знаходиться у nзмінному магнітному полі з індукцією пропорційна квадрату величини магнітної індукції, квадрату nчастоти магнітного поля і обернено пропорційна питомому опору провідника:

Результат дії електромагнітних nколивань на тканини характеризується питомою теплотою , тобто кількістю теплоти, яка виділяється одиницею об’єму nтканини за одиницю часу:

Тканини-діелектрики можна nописати електричною схемою (рис. 19, а). Для неї повний струм складається з nактивної і реактивної складових струму (рис. n19, б)

Активний струм не відстає по фазі від nнапруги і напрямлений у той же бік, що і вектор напруги. Струм обумовлений nелектронною поляризацією. У результаті векторного складання отримуємо вектор nзагального струму, який зсунутий по відношенню до вектора реактивного струму nна кут, який називається кутом діелектричних втрат:

Тангенс кута nдіелектричних втрат характеризує долю енергії ЕМП, що витрачається на nнагрівання діелектрика. Якщо , то струм реактивний і втрати енергії відсутні. У nвипадку , вся енергія витрачається на нагрівання тіл.

Питому теплоту , що виділяється у діелектрику, можна обрахувати за формулою:

Тангенс кута втрат nзалежить від частоти ЕМП (рис. 20).

Середовище вважаємо nпровідним, якщо і діелектричним nпри . Залежно від частоти одне і теж середовище може nпроявляти чи провідні, чи діелектричні властивості.

Рис. 20

Дарсонвалізація, діатермія, індуктотермія

Першими методами nвисокочастотної терапії, що знайшли застосування у медичній практиці ще на nпочатку ХХст., були дарсонвалізація і діатермія.

Дарсонвалізацією nназивають метод лікування імпульсами дзвоноподібної форми, тривалістю 100 мкс, nз частотами від 200 до 500 кГц, при напрузі до 20 кВ, проте середня за період nнапруга не перевищує 15 В, а струму у тканинах – 15-20 мА.

Лікувальний ефект дарсонвалізації n– тонізуючий вплив на нервові та стимулююча дія на шкірні рецептори.

Діатермією називають nметод прогрівання глибокозалеглих тканин струмами від 1 до 3А при напрузі 200- n250В і при частоті від 1 до 1, 5 МГц. Діатермія дозволяє підвищити локальну температуру nтканин на 2 – 5С. На поверхню тіла накладають електроди, розмір яких, nяк правило, відповідає прогріваючому органу. По зростанню питомого опору nтканини можна розташувати у такому порядку: кров, м’язи, печінка, суха шкіра, легені, nжирові тканини, кості. У такому ж порядку відбуватиметься виділення тепла.

Методика впливу на тіло nпацієнта змінним магнітним полем високої частоти 10 –15 МГц називається nіндуктотермією. Діючий фактор – змінне магнітне поле – утворюється при протіканні nструму по спіралі з гнутого кабеля чи у вигляді диску декількох витків кабеля, nякий накладається на плоскі ділянки тіла пацієнта безконтактно.

Фізіологічна дія nіндуктотермії в основному мало відрізняється від дії діатермії, проте вона nсприяє більш глибокому і рівномірному прогріванню.

УВЧ і мікрохвильова терапія

При УВЧ терапії на хворого діють неперервним або nімпульсним електромагнітним полем з частотами, що лежать у межах від 30 до n300МГц.

Крім нагрівання nелектричне поле УВЧ сприяє деякій структурній перебудові білкових молекул, nперерозподілу концентрації іонів біля клітинних мембран, гідратації іонів та nмолекул і приводить до зміни у функціональному стані клітин і організму в nцілому.

При мікрохвильовій nтерапії використовують надвисокочастотні електромагнітні коливання, яким nвідповідають дециметрові (6, 5дм) і сантиметрові 12, 6см хвилі. Електромагнітні nколивання створює магнетронний генератор (магнетрон-пристрій, що поєднує nфункції і електронної ланки, і коливального контура). Електромагнітні коливання nнаправляють на відповідну ділянку тіла спеціальними випромінювачами, що мають nвигляд порожнистих циліндрів. Сантиметрові хвилі проникають в організм на nглибину 2-6см, а дециметрові – на глибину 7-9см. Енергія хвиль в основному nвитрачається на діелектричні втрати, так як навіть вода при високих частотах nмає діелектричні властивості (). Тому найбільше поглинання відбувається в тканинах nзбагачених водою (м’язи, кров).

Механізм фізіологічного nвпливу мікрохвильової терапії, як і механізм розглянутих вище методів, nскладається з первинної і вторинної дії. Первинна дія – це безпосередній вплив nмікрохвиль на тканини, а вторинна – виникає у відповідь на первинну дію, тобто nу відповідь на нього нейрорефлекторних і інших реакцій організму.

При мікрохвильовій nтерапії відбувається локальне нагрівання пухлини до 42-45С на фіксованій частоті випромінювання, що сприяє nгальмуванню росту пухлини чи сприяє розсмоктуванню її.

Білок – глобулін втрачає антиногенні властивості при дії на nкров електомагнітних випромінювань з частотами 13, 1; 13, 3; 13, 9; 14, 4;МГц. nУ той же час під дією низько інтенсивних випромінювань ( на частотах від 45, 6 nдо 46, 1 Гц) деякі бактерії (наприклад, кишкова паличка) синтезують білок nколіцин, що має антигенні властивості.

Електрохірургія

Під високочастотною nелектрохірургією розуміють метод хірургічного впливу високочастотним струмом на nтканини з метою їх розсічення чи коагуляції.

Розсічення тканини здійснюється nзавдяки інтенсивному пароутворенню тканинної рідини в області, що прилягає до nелектрода. Густина струму сягає 40 кА/м². Тепло, яке при цьому nвиділяється, приводить до коагуляції білків, у результаті густина струму nдосягається за рахунок малої площі контакту скальпеля з поверхнею тіла.

Різновидність nелектрохірургії – електрокоагуляція, при якій коагуляційний ефект nвикористовують для прикріплення сітківки до судинної оболонки ока при її nвідшаруванні, для зварювання кровоносних судин, для випалювання злоякісних nпухлин. Густина струму при коагуляції від 5 до 10 кА/м². Загальна nсила струму не перевищує 1А.

Відзначимо, що перші nелектроди для електохірургії були запропоновані і впроваджені в медичну практику nпершим завідуючим кафедри фізики (1957-1970р.) тодішнього Тернопільського nмедичного інституту нинішнього медичного університету проф. С.М.Шамраєвським nмайже півстоліття тому.