ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.12.2021
Просмотров: 1001
Скачиваний: 3
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
204
імпульс. Якщо імпульс був би одиноким, то за скороченням послідує
розслаблення, тобто м’яз здригнеться. Щоб м’яз після скорочення
повністю розслабився, потрібен деякий час. Тому, якщо імпульси діють
один за одним, причому інтервал між ними є меншим за час,
необхідний для скорочення, то м’яз не встигає розслабитися і його
скорочення триває такий же час, протягом якого подаються збуджуючі
імпульси. Такий стан м’язу має назву т е т а н у с у . Імпульси
постійного струму (імпульсний струм) здійснюють приблизно таку ж
дію на організм, як і змінний струм. Тетанічне скорочення м’язу пояснює
той факт, що людина, яка взялася за оголений провід, не може
самостійно його відпустити.
Небезпечною є дія струму на шкіри обличчя, де слабко розвинений
роговий шар, який забезпечує високий опір шкіряних покривів.
Низьким опором також володіють слизові оболонки.
Електричний струм невеликої сили (0,01-0,025 А) може призвести
до виходу зі строю дихання (у випадку скорочення дихальних м’язів),
до серцебиття тощо. Струм більшої сили (від 0,1 А) – до зворотньої
або незворотньої зупинки серця.
Струм 100-400 мА викликає незворотні
розлади у функціонуванні збудливих тканин серця (одна із причин загибелі
при електротравмі).
Дія електричного струму може також викликати денатурацію білка,
опіки, як результат теплового ефекту.
Використання постійного електричного струму в медичних
цілях.
Проходження електричного струму крізь біологічну тканину
супроводжується такими явищами:
тепловими
– під час проходження струму через провідник
останній нагрівається;
хімічними
– під час проходження струму через розчини
електролітів відбуваються процеси електролізу;
електромагнітними
– під час проходження струму через
провідник, навколо останнього утворюється магнітне поле.
Ці явища виступають підставою для використання електричного
струму у медичних цілях.
1.
Проходження електричного струму крізь провідник, який має
активний опір, супроводжується нагріванням останнього, бо прискорені
електричним полем носії заряду, при зіштовхуванні з іншими
частками, передають їм частину своєї кінетичної енергії, що
призводить до збільшення теплового руху часток, а через це – до
підвищення температури провідника.
Основи біофізики і біомеханіки
205
Якщо біологічну тканину довжиною
L
та яка має питомий опір
ρ
,
розмістити між електродами площею
S
, як вказано на
рис. 8.2.1
, то
кількість виділеного тепла розраховується за законом Джоуля-Ленца:
Q=I
2.
R
.
t,
(8.2.1.)
де
І
– сила струму,
R
– активний опір тканини,
t
– час впливу струму.
Поділивши даний вираз на об’єм і час та враховуючи, що
S
L
R
,
отримаємо кількість тепла, яка виділяється в одиниці об’єму тканини
(1 м
3
) за одиницю часу (1 с):
.
2
j
q
,
(8.2.2.)
де
j
– щільність
16
струму.
Рис. 8.2.1.
Схема розташування біологічної тканини між електродами
2.
Неперервний постійний струм малої сили (до 50 мА) і низької
напруги (30-80 В), підведений до організму контактним методом за
допомогою електродів, використовують як лікувальний метод
фізіотерапії –
г а л ь в а н і з а ц і я .
Застосовується задля зменшення
болю; для посилення регенеративних процесів, якщо є порушення
провідності нервових шляхів; з метою регулюючого впливу на функції
центральної нервової системи; для розсмоктування інфільтратів при
хронічних та підгострих запальних процесах у суглобах, органах
малого тазу тощо.
Постійний струм отримують за допомогою апаратів для
гальванізації. Застосовують для цього електроди із листового свинцю
16
У припущенні, що щільність струму є однаковою у всіх точках тканини і дорівнює
щільності струму на електродах.
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
206
або станіолю 0,3-0,5 мм. Через те, що продукти електролізу розчину
хлористого натрію, який є в тканинах, викликають прижигання, то між
електродами і шкірою розміщують гідрофільну прокладку, яка змочуються
ізотонічним розчином або теплою водою, і в якій і накопичуються
продукти вторинних реакцій, котрі відбуваються на електродах.
Прокладки захищають шкіру хворого від опіків кислими або лужними
продуктами електролізу, а також забезпечують рівномірний контакт
електродів з поверхнею тіла та зменшують опір сухої шкіри. Гідрофільна
прокладка має бути дещо більшою (на 2-3 см в усіх параметрах) від
металевої пластини. Щоб уникнути контакту металевої пластини з
тілом пацієнта, на зовнішній поверхні прокладки (на відстані 2-3 см
від країв) нашивають кишеню, куди вкладають металеву пластину.
Використовують також спеціальні електроди: лійкоподібні – для
гальванізації вуха, ванночки – для очей, порожнинні – ротові, вагінальні,
ректальні. Все більшого поширення набувають електроди зі струмо-
провідної тканини, вкритої графітом. Дозують силу струму за показниками
міліамперметру, при цьому обов’язково враховують допустиму
щільність струму – 0,1 мА/см
2
.
Постійний струм широко використовується також для введення
через шкіру і слизисті оболонки лікарських препаратів. Цей метод
отримав назву
е л е к т р о ф о р е з у л і к а р с ь к и х р е ч о в и н .
Під
електроди на шкіру кладуть прокладки, які змочуються відповідним
лікарським препаратом. Через катод вводять аніони (йод, гепарин,
бром), а через анод – катіони (
Nа, Ca
,
Mg,
новокаїн). Препарат вводять
з того полюсу, котрий заряд він має: аніони вводять з катоду, катіони –
з аноду. При лікувальному електрофорезі між електродами утворюється
складний ланцюг, який складається з розчинів лікарських речовин,
якими змочуються прокладки, і розчинів електролітів, які входять до
складу тканин організму. На
рис. 8.2.2.
умовно наведено об’єкт
(електропровідні тканини організму, які містять розчин хлористого
натрію), на які накладено прокладки П, що змочені під позитивним
електродом з розчином хлористого кальцію, а під від’ємним – йодистого
калію (напрямок руху іонів показано стрілками). На ділянках
а – е
мають місце поляризаційні явища – скопичення іонів по обидві боки
тканинних перегородок, які погано проводять струм. Електрофорез має
ряд переваг порівняно зі звичайними методами введення лікарських
препаратів, бо дозволяє вводити їх безпосередньо у тканини, оминаючи
шлунково-кишковий тракт і кров.
Біоефекти при дії змінного електричного струму.
Дія змінного
струму на організм істотно залежить від його частоти. При низьких,
Основи біофізики і біомеханіки
207
звукових і ультразвукових частотах змінний струм, як і постійний,
призводить до подразнюючої дії на біологічні тканини. Мінімальна
сила струму, подразнюючу дію якої відчуває людина (
поріг відчутного
струму)
залежить як від індивідуальних особливостей людини, так і
від частоти струму, місця й площі контакту. У чоловіків для ділянки
«передпліччя – кисть» на частоті 50 Гц ця величина становить
приблизно 1 мА. У дітей і жінок граничні значення трохи менше.
Змінний струм, частота якого нижче 10
5
Гц, може представляти
загрозу для організму.
Рис. 8.2.2.
Схема механізму електрофорезу
При частотах більше 500 кГц зміщення іонів становиться близьким
до їх зміщення в результаті молекулярно-теплового руху, тому струм
або електромагнітна хвиля не буде викликати подразнюючої дії.
Основним первинним ефектом в цьому випадку є
т е п л о в и й
е ф е к т .
Як відомо, подразнення може викликати лише такий струм,
тривалість якого перевищує деякий мінімальний час, що є необхідним
для збудження м’язового волокна. Через те, що зі зростанням частоти
струму тривалість подразнення знижується, то при досягненні деякої
граничної величини частоти (10
5
Гц) струм вже не викликає скорочення
м’язів. У цьому випадку він здійснює лише теплову дію (постійний
струм і струми низької частоти для нагрівання тканин не є придатними,
бо їх використання при великих значеннях може призвести до електролізу
і руйнування). Через це змінний струм частотою вище 100 кГц вико-
ристовують у лікувальних процедурах, призначенням яких є прогрівання
тканин, що глибоко залягають в організмі.
Ефект дії змінного струму, як і постійного, на живу систему
визначається опором її складових частин. Опір будь-якої системи
змінному струму визначається активним і реактивним (індуктивним і
ємкісним) опорами. У живих системах в якості конденсаторів виступають
біологічні мембрани, а системи, які проявляють індуктивні властивості
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
208
відсутні. Тому повний опір – імпеданс – біологічних систем визначається
лише омічним опором
R
і ємкісним
X
C
опором:
2
2
C
X
R
Z
,
а прикладена напруга відстає за фазою на кут
:
R
X
arctg
C
У таблиці, як приклад, наведено значення різниці фаз струму і
напруги для деяких тканин (частота 1 кГц):
Назва тканини
Різниця фаз у градусах
Шкіра людини, жаби
55
Нерв жаби
64
М’язи кроля
65
При змінному струмі загальний опір ланцюга знижується при
збільшенні частоти струму. Для тканин організму це явище погіршується
зі зростанням ємкісної провідності. Тому, наприклад, при високо-
частотних процедурах повний опір (імпеданс) тканин організму між
електродами знижується до сотен і, навіть, десятків Ом.
На
рис. 8.2.3.
наведено графік частотної залежності імпедансу
м’язової тканини. Для компактності графік побудовано в логарифмічних
координатах.
Рис. 8.2.3.
Графік частотної залежності імпедансу м’язової тканини
γ
lg Z
10
0
10
3
10
6
=
2
, Гц