Министерство сельского хозяйства российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ставропольский государственный аграрный университет хащенко А.

Введение лекарственных веществ с помощью постоянного тока хорошо иллюстрирует опыт Ледюка. Морским свинкам удаляли на боках волосяной покров и прикладывали электроды, соединенные с источником тока. Под электродами Э были марлевые тампоны, смоченные физиологическим раствором. Если тампоны под электродами Т смочить раствором цианистого калия (ядовитым является катион С N^-, который двигался к аноду, то есть к Э₁), то погибала свинка 1. Если смочить тампоны под электродами Т раствором сернокислого стрихнина (ядовитый анион стрихнина направлялся к электроду Э₂) и погибала свинка 2.



Рисунок 5.8 – Схема электрической цепи для проведения опыта Ледюка.

8.4

Всякий электрический ток, изменяющийся с течением времени по величине и направлению, называют переменным током. Наибольшее распространение получил переменный ток, изменяющийся во времени по синусоидальному (гармоническому) закону с частотой 50 Гц – промышленный ток.

Мгновенные значения напряжения и тока в любой момент времени определяются выражениями:

; , (8.15)

где U и I – амплитудные (максимальные) значения напряжения и тока, - циклическая частота.

Если через нуль мгновенные значения напряжения будут проходить в иные моменты времени, чем мгновенные значения тока, то наблюдается сдвиг фаз. Сдвиг фазы колебаний тока относительно фазы колебаний напряжения характеризуется углом сдвига фаз φ.



Рисунок 6.8 – Графики изменения мгновенных

значений переменного тока и напряжения.

Ткани организма проводят переменный ток, при этом выполняются следующие закономерности:

1. Сопротивление биологического объекта переменному току ниже, чем постоянному.

2. Сопротивление не зависит от частоты тока, если его величина не превышает физиологическую норму.

3. На данной частоте сопротивление биологического объекта постоянно, если не изменяется его физиологическое состояние.

4. Сопротивление изменяется при изменении физиологического состояния объекта. При отмирании сопротивление резко уменьшается.

Опыт показывает, что сила тока, проходящая через биологическую ткань, опережает по фазе приложенное напряжение. То есть ткани организма не имеют практически заметной индуктивности. Отсюда следует, что моделировать электрические свойства биологических тканей можно, используя резисторы и конденсаторы. В качестве модели обычно используют эквивалентную электрическую схему тканей организма.



Рисунок 7.8 – Эквивалентные электрические

схемы тканей организма.
При решении задач используют простейшую эквивалентную схему, состоящую из последовательно включенных сопротивления и конденсатора (рис. 7.8а). Для более точного исследования электрических свойств тканей организма необходимо использовать эквивалентную схему, состоящую из двух резисторов и конденсатора, изображенную на рисунке 7.8б.

Импеданс (сопротивление) живой ткани определяется для схемы (рис. 7.8а) может быть выражен соотношением:

. (8.16)

Тангенс угла сдвига фаз определяется по формуле

. (8.17)

Зависимость импеданса живой ткани от частоты переменного тока называется дисперсией импеданса. Рассмотрим график дисперсии растительной ткани. Такие же результаты в реальных экспериментах дает эквивалентная электрическая схема, изображенная на рисунке 7.8б.



Рисунок 8.8 – График зависимости импеданса от частоты

переменного тока для здоровой, поврежденной

и отмершей биологической ткани.
Кривая 1 относится к здоровой ткани, ее сопротивление значительно уменьшается с частотой. Кривая 2 относится к поврежденной ткани, кривая 3 – к отмершей ткани. Таким образом, видно, что дисперсия сопротивления или электропроводности присуща только живым тканям.

Это связано с тем, что по мере увеличения частоты поляризационные явления сказываются меньше, чем при постоянном токе. Исходя из формулы для импеданса живой ткани, можно сказать, что явление дисперсии электропроводности клеток и тканей есть результат уменьшения емкостного сопротивления с увеличением частоты. При частотах имеет место минимальное сопротивление. Очевидно, при этой частоте емкостное сопротивление практически отсутствует и можно считать, что сопротивление ткани при этой частоте определяется только активным сопротивлением клеток .

Измерение электропроводности используется при исследованиях физиологического состояния и для оценки патологических процессов, происходящих в живых тканях. На ранних стадиях превращения нормальных клеток в раковые обнаруживается повышение емкостного сопротивления. При кровенаполнении сосудов импеданс изменяется в зависимости от состояния сердечно – сосудистой деятельности.

Дисперсию импеданса важно знать для пересадки (трансплантации) тканей и органов.

Импеданс тканей и органов зависит от степени наполнения кровеносных сосудов, проходящих в этих тканях. При наполнении ткани кровью во время систолы полное сопротивление ткани уменьшается, а при диастоле увеличивается. Это используется в диагностических целях. Реография – диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности. Для реографии применяют переменный ток с частотой 20-30 кГц и измеряют полное сопротивление определенного участка тканей в течение цикла сердечной деятельности. Реограмма это зависимость импеданса биологической ткани с течением времени Z=f(t) при постоянной частоте переменного тока ν-const.

8.5

а) Действие импульсного тока.

Импульсный ток обладает выраженным раздражающим действием. Важна не величина тока, а скорость его изменения. Применение электрического раздражения для изменения функционального состояния клеток, органов или тканей называют их электростимуляцией.

Закон Дюбуа – Реймона: чем выше скорость изменения величины тока во времени, тем сильнее раздражение.

Зависимость раздражающего действия импульса от его длительности описывается уравнением Вейса – Лапика:

, (8.18)

где i_пор – пороговая амплитуда импульса – минимальная сила раздражения, вызывающая реакцию, а и b – коэффициенты, зависящие от природы возбуждаемой ткани и ее функционального состояния.

Практическим применением импульсного тока для лечения живых организмов являются электростимуляция и электрогимнастика.

Специфическое физиологическое действие зависит от параметров импульсов, поэтому для разных видов электростимуляции применяют различные виды импульсных токов.

Электросон – воздействие на организм током с импульсами прямоугольной формы длительностью 0,1-1 мс и частотой от 5 до 150 Гц.

Стимуляция мышц (электрогимнастика) – воздействие на организм током с импульсами треугольной формы длительностью 1-1,5 мс и частотой от 8 до 80 Гц.

Б) Действие переменного тока на живые ткани.

Действие переменного тока на живые ткани зависит от частоты тока. На низких частотах от 0 до 30 кГц действие в основном раздражающее и тепловое, на высоких – прогревающее.

Первичный физический механизм действия низкочастотного переменного тока на живую ткань существенно не отличается от действия постоянного тока. Электропроводность определяется ионной проводимостью тканей и поляризационными явлениями, происходящими на клеточных и тканевых мембранах. Отличие в том, что направление процессов электродиффузии ионов и поляризационных явлений периодически меняется в соответствии с периодическим изменением полярности приложенного напряжения. Ток проводимости через живые ткани низкой частоты сопровождается потерями энергии в виде джоулевой теплоты.

На частоте 0,5 МГц смещение ионов под действием приложенного поля становится соизмеримо с их смещением в результате молекулярного теплового движения. Поэтому на частотах выше 0,5 МГц электрический ток не вызывает раздражающего действия. В качестве основного первичного эффекта остается лишь тепловое воздействие тока.

Количество выделяемого тепла, выделяемого в биологической ткани, зависит от ее удельного сопротивления:

, (8.19)

а так же от диэлектрической проницаемости и частоты тока.

При высокочастотных процедурах полное сопротивление тканей организма между электродами снижается до сотен и десятков Ом.

Диатермия (сквозное прогревание) – пропускание тока высокой частоты (1760 кГц) через ткань для местного прогревания путем наложения электродов. Величина тока при диатермии достигает 2А. Регулирование мощности тока позволяет осуществить дозировку. Недостатком является непродуктивный прогрев кожных покровов и подкожной жировой клетчатки.

Дарсонвализация – воздействие на кожу и слизистые оболочки слабым высокочастотным разрядом. Ток к телу поступает от генератора высокочастотных колебаний через стеклянный электрод с разреженным воздухом (0,5 мм рт. ст.). Второго электрода нет, цепь замыкается «по воздуху» - за счет маленькой электрической емкости, существующей между телом пациента и корпусом генератора. Для местной дарсонвализации используют ток частотой 500 кГц, напряжением 20-30 кВ, сила тока 10-15 мА. Действующими факторами являются ток высокой частоты и электрический искровой (коронный) разряд, возникающий между кожей и электродом.

Диатермотомия – метод электрохирургии, позволяющий рассекать ткани с помощью токов высокой частоты. Активный электрод имеет форму тонкого лезвия, что обеспечивает высокую плотность тока (до 40 мА/мм²). После включения ВЧ тока лезвием проводят без давления по поверхности рассекаемой ткани. Теплота, выделяющаяся при прохождении по тканям ВЧ тока, разрушает ткани, которые при этом просто испаряются «со взрывом». Разрез получается почти бескровный, поскольку сосуды краев раны тут же «запариваются» вследствие электрокоагуляции. Второй электрод (неактивный) делают с большой площадью.

Диатермокоагуляция (электрокоагуляция) – «сваривание» ткани ВЧ током. При этом активный электрод в форме шара или диска плотно прижимают к ткани, после чего на несколько секунд включают ВЧ ток. Ткань под электродом нагревается до 80 ⁰С, что приводит к необратимому свертыванию тканевых белков (коагуляции). Плотность тока вблизи электрода достигает 6-10 мА/мм², но резко уменьшается с увеличением расстояния от электрода. Важнейшей областью применения диатермокоагуляции является остановка кровотечений при операциях.