Импульсный ток — электрический ток, поступающий в цепь пациента в виде отдельных «толчков» — импульсов различной формы, частоты и длительности. Согласно А.Н. Обросову впервые такой ток, полученный с применением индукционной катушки с прерывателем питающего тока, был использован с лечебной целью русским врачом И. Кабатом в 1848 г. Этот ток, представляющий собой неравнозначные импульсы отрицательного и положительного направления, до недавнего прошлого использовался в методе фарадизации (см.). Позднее, в XX в., были введены в медицинскую практику прямоугольные импульсы постоянного тока (С. Ледюк), тетанизирующие и экспоненциальные (Н.М. Ливенцев), диадинамические (П. Бернар), интерференционные (Г. Немек), синусоидальные модулированные (В.Г. Ясногородский), флюктуирующие (Л.Р. Рубин) токи.
Основными физическими характеристиками импульсных токов являются следующие: форма, частота повторения импульсов, длительность каждого импульса и паузы, скважность, сила тока, частота и глубина модуляции. Кроме того импульсные токи делятся на выпрямленные и переменного направления.
В лечебной практике используются четыре основные формы импульсных токов.
1. Ток с импульсами прямоугольной формы (ток Ледюка). Длительность импульсов может колебаться от 0,1 до 4,0 м/с, а частота от 1 до 160 Гц. Применяют в методиках электросна, электроанальгезии и электростимуляции (в т.ч. и транскраниальной).
2. Ток с импульсами остроконечной (треугольной) формы. Раньше был известен под названием фарадического, а теперь, используемый при частоте 100 Гц и с длительностью импульсов 1-1,5 м/с, называют тетанизирующим. Применяют в электродиагностике и электростимуляции.
3. Ток с импульсами экспоненциальной формы (ток Лапика). Характеризуется пологим подъемом и спуском, имеет частоту от 8 до 80 Гц, длительность импульса — от 1,6 до 60 м/с. Используется в электродиагностике и электростимуляции.
4. Ток с импульсами синусоидальной или полусинусоидальной формы. Он характеризуется изменением амплитуды по закону синуса (по синусоиде). Токи этой формы могут быть как выпрямленными, так и переменными с различными физическими параметрами. Представителем выпрямленных синусоидальных токов являются диадинамические токи, называемые еще токами Бернара. К числу переменных токов синусоидальной формы относятся синусоидальные модулированные токи, интерференционные токи и флюктуирующие токи.
Частота импульсного тока указывает на число повторений импульсов в 1 с и измеряется в герцах (Гц). В зависимости от частоты импульсные токи делятся на токи низкой (1-1000 Гц), звуковой, или средней (1000-10000 Гц), и высокой (более 10000 Гц) частоты. С частотой тесно связан период (Т) импульсного тока. Он является величиной, обратной частоте (f): Т = 1: f. Измеряется в секундах или миллисекундах.
Длительность импульса (t) — время, в течение которого на пациента подается ток, а длительность паузы (t0) — время, в течение которого ток в цепи пациента отсутствует. Они измеряются в секундах или миллисекундах и в сумме составляют период (Т = t0 + t). Отношение периода к длительности импульса называют скважностью (S). S = Т: t.
При использовании импульсных токов учитывают среднее (Iср.) и амплитудное (Iм) значение тока, соотношение между которыми зависит от скважности:
I с р = Iм: S;
Iм = I c p . · S.
Импульсные токи с лечебными целями используются модулированными и не модулированными. Различают модуляцию по частоте и глубине. Модуляция по частоте характеризует чередование серий импульсов с паузой, а частота модуляции указывает на число серий (пачек) импульсов в 1 мин. Глубина модуляции характеризует степень изменения импульсов по амплитуде и измеряется в % от 0 (немодулированный ток) до 100 (полная модуляция).
Физиологическое действие каждого из импульсных токов на организм имеет свои особенности, зависящие от их физических параметров. Большинство из них оказывают выраженное влияние на нервно-мышечную систему. Помимо различного по интенсивности раздражающего действия на нервно-мышечный аппарат импульсные токи могут оказывать выраженное антиспастическое, болеутоляющее, ганглиоблокирующее и сосудорасширяющее действие, способствовать повышению трофической функции вегетативной нервной системы. Воздействия импульсными токами применяют для: нормализации функционального состояния ЦНС и ее регулирующего влияния на различные системы организма; получения болеутоляющего эффекта при воздействии на периферическую нервную систему; стимуляции двигательных нервов, мышц и внутренних органов; усиления кровообращения, трофики тканей, достижения противовоспалительного эффекта и нормализации функций различных органов и систем.

Лечение током при остеохондрозе уже много лет применяется очень эффективно и позволяет безболезненно, а главное в короткие сроки, бороться с этим заболеванием. Физиотерапия направлена на воздействие лишь на нужный участок (исключая влияние на организм).

Среди преимуществ такого лечения:

• Отсутствие аллергий;
• Нет побочных действий;
• Не имеется ограничений по возрасту и состоянию пациентов.

В соответствии с вышеуказанными факторами лечение током при остеохондрозе представляет собой распространенный, пусть и не главный способ борьбы с таким недугом.

Воздействие током при остеохондрозе: суть лечения

Человеку, страдающему таким заболеванием как остеохондроз, назначаются физиотерапевтические процедуры с целью активировать в организме восстановительные процессы и убрать боль.

Токи Бернара при остеохондрозе способствуют:

• Нормализации обмена веществ в пораженном участке позвоночника;
• Устранению болевых ощущений;
• Раскупорке нервных окончаний, которые были ущемлены;
• Восстановлению кровообращения в пораженных областях;
• Расслаблению скованных спазмом мышц. Читайте еще способы снятия спазмов мышц шеи.

Физиотерапия способствует укреплению иммунной системы, обуславливает возможность оптимизировать работу сердечно сосудистой системы, уменьшает количество медикаментов, используемых при лечении, и обеспечивает быстрейшее выздоровление.

Ко всему, физиотерапевтические процедуры избавляют от болевых ощущений и тонизируют мышечные ткани.

Лечение током дает очень хорошие результаты именно при лечении остеохондроза.

Существует огромное количество видов физиотерапевтического воздействия на пораженные участки позвоночника. Обычно, они применяются в одно и то же время. Однако, с учетом стадии заболевания, состояния пациента и имеющихся противопоказаний к использованию такой терапии, врач может прописать только одну из разновидностей физиотерапии. Ключевое назначение лечения током – оптимизация обменных процессов в пораженных тканях и их восстановление.

Противопоказания к лечению током при остеохондрозе

Невзирая на факт того, что физиотерапевтическое лечение используется в борьбе с огромным множеством болезней, включая также и остеохондроз, у нее имеются и противопоказания к применению. Лечение током недопустимо:

1. При наличии заболеваний кожных покровов;
2. Во время алкогольного/наркотического воздействия;
3. Если остеохондроз находится в обостренной стадии;
4. Если уместны раковые опухоли;
5. При заболеваниях сердечной и сосудистой систем;
6. В период беременности и лактации;
7. В случае индивидуальной непереносимости такого способа лечения;
8. Если уместны психические отклонения;
9. При туберкулезе.

Только лишь доктор может назначить соответствующие процедуры физиотерапии: в отдельности или в комплексе. Все будет зависеть от состояния больного и индивидуальных особенностей его организма.

В большинстве случаев, при грамотном подходе и надлежащем наблюдении у врача, лечение током при остеохондрозе дает положительные результаты, а заболевание перестает беспокоить и совсем скоро и вовсе не оставляет никаких следов.

Если вести правильный образ жизни и внимательно относиться к своему здоровью, то можно избежать появления большей части проблем, связанных с различными заболеваниями.

Физические основы низкочастотной электротерапии

Лабораторные работы №№ 14, 15

Литература

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, «Высшая школа». М., 1987 г., гл. 15, 18, и 19.

2. Ливенцев Н.М. Курс физики, «Высшая школа». М., 1978 г., гл. 6, 27, 28.

3. Губанов Н.И., Утепбергенов А.А. Медицинская биофизика, «Медицина». М., 1978 г., гл. 9.

4. Medizinische Physik (Physik fur Mediziner, Pharmazeuten und Biologen). Springer – Verlag Wien New York 1992.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрический ток? Условия его существования.

2. Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для полной цепи.

3. Что такое плотность тока? Как она находится?

4. Что такое импульс, импульсный ток?

5. Назовите основные характеристики импульса, импульсного тока.

6. Дайте определение переменного тока. Запишите уравнение синусоидального тока.

7. Электролит как проводник электрического тока.

8. От чего зависит проводимость электролита?

9. Что такое электрическая емкость? От чего она зависит?

10. Чем обусловлены емкостные свойства биологических тканей?

11. Как влияют емкостные свойства тканей на прохождение импульсного тока?

12. Что такое полное сопротивление в цепи переменного тока?

13. От чего зависит электропроводность биологических тканей?

14. Эквивалентная электрическая схема биологических тканей (с пояснениями).

15. Как зависит емкостное сопротивление от частоты переменного тока?

16. Закон Джоуля-Ленца.

17. Можно ли аппараты для низкочастотной электротерапии применять для прогревания биологических тканей (ответ обосновать с использованием соответствующих законов).

Краткая теория

Раздражение электрическим током определенного характера и силы у большей части органов и тканей вызывает такую же реакцию, как и естественное возбуждение. Кроме того, это воздействие можно строго дозировать как по силе, так и по времени. Это широко используется в физиологии и медицине. В физиологии при изучении возбудимости различных органов и тканей, преимущественно нервной и мышечной, в медицине - при недостаточности или нарушении естественной функции тех или иных органов и систем.

Использование раздражающего действия электрического тока с целью изменения функционального состояния клеток, органов и тканей называется электростимуляцией.

Результат действия переменного тока на живую биологическую ткань зависит не только от его амплитудных значений, но и от частоты, формы и длительности импульсов. Так при высоких частотах (500кГц и более) электрический ток обладает в основном тепловым действием, а при низких и звуковых - раздражающим.

Для обсуждения этого вопроса мы должны помнить, что биологическая ткань обладает свойством как проводника, так и диэлектрика. В основе раздражающего действия электрического тока лежит движение заряженных частиц тканевых электролитов (возникают токи смещения и проводимости). При этом перемещение свободных ионов, находящихся вне клетки, не ограничено. Свободные ионы внутри клеточной среды могут перемещаться лишь в объеме ограниченном плазматической мембраной. Смещение же связанных зарядов, под действием электрического поля, ограничено размерами атома или молекулы.

Опыт показывает, что постоянный ток в допустимых пределах раздражающего действия на ткани организма не оказывает. Раздражение возникает лишь при изменении силы тока, причем, сила раздражения зависит от скорости этого изменения и его мгновенных значений (закон Дюбуа-Раймона).

И если сила тока есть заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в единицу времени,

то изменяющая сила тока может быть представлена выражением:

Следовательно, раздражающее действие электрического тока на биологическую ткань можно связать с ускоренным движением зараженных частиц под действием электрического поля.

На практике для этих целей используются электрические импульсы (кратковременное действие силы тока или напряжения). (*)При этом воздействие осуществляется как одиночными, так и повторяющимися импульсами - импульсным током. Экспериментально установлено, что в момент замыкания электрической цепи (постоянный или импульсный токи) наибольшее раздражающее действие возникает у отрицательного электрода (катода), а наименьшее - у положительного (анода). Это обусловлено уменьшением порога возбудимости клетки. Поэтому при электростимуляции импульсными токами катод принято считать активным электродом.

(*)Электрическими импульсами называются кратковременные изменения cилы тока или напряжения. Общий вид электрического импульса представлен на рис. 1а, прямоугольного импульса - на рис. 1b. Характеристиками импульса являются: 1-2 - передний фронт, 2-3 - вершина, 3-4 - срез (задний фронт). На рис. 1а обозначены: tф - длительность переднего фронта импульса; tи - длительность импульса; tср - длительность заднего фронта. Отношение изменения напряжения или силы тока ко времени, за которое это изменение произошло

tф= 0.8 Umax / tф или (3)

dU/dt = (0.9Umax - 0.1Umax) / tср= 0.8 Umax / tср,

называют крутизной фронта импульса. Как несложно увидеть, скорость нарастания (крутизна) переднего фронта прямоугольного импульса (рис. 1b) максимальна (в идеальном случае имеет бесконечно большое значение).

Раздражающее действие импульсов тесно связано с их характеристикой. Согласно закону Дюбуа-Раймона, раздражающее действие одиночного импульса зависит от скорости нарастания его мгновенных значений, т. е. от крутизны его переднего фронта. Эту зависимость связывают с аккомодацией - способностью возбудимых тканей повышать свой порог возбуждения (приспосабливаться) к нарастающей силе раздражающего фактора. Она выражается в снижении порога ощутимого тока (i п) при увеличении крутизны переднего фронта одиночного достаточно длительного импульса. Таким образом, наибольшей раздражающей способностью должен обладать импульс тока, передний фронт которого имеет максимальную скорость нарастания, т.е. импульс прямоугольной формы, наименьшей - линейно нарастающий ток. Иными словами, пороговый ток для прямоугольного импульса ниже, чем для импульсов любой другой формы (рис. 1b и рис. 2).

U

0.9Umax U,I

0.1Umax

1 tф 2 3 tср 4 t tи­­ t

a) tи b)

Минимальный угол наклона () линейно нарастающего тока, который еще способен вызвать процесс возбуждения, получил название критического угла наклона или минимального градиента. Он отражает скорость изменения тока и определяется в единицах реобаза/c или мА/с .

Факт отсутствия раздражения, при медленно нарастающем во времени действии раздражителя, объясняется тем, что в мембранах клеток возбудимых тканей происходит перестройка фосфолипидных образований, приводящая к появлению натриевой инактивации, т.е. закрытию натриевых каналов.

Iп

1

Рис. 2. Пороговая сила тока при различной скорости нарастания переднего фронта линейно нарастающего тока. Наименьшее пороговое значение для переднего фронта прямоугольного импульса - цифра 1.

Процесс натриевой инактивации без предварительной натриевой активации, направленный против возникновения процесса возбуждения, при медленно нарастающей во времени силе раздражителя, получил название «аккомодация».

Чем быстрее наступает аккомодация, тем больше угол () критического наклона (рис. 2) и, наоборот, при медленной реакции клеток - угол () мал. В норме нервная ткань обладает свойством быстрой аккомодации, относительно медленной аккомодацией обладает гладкая мускулатура. Следует отметить, что способность к аккомодации у возбудимых тканей зависит от их функционального состояния. Так у патологически измененной мышечной ткани скорость натриевой инактивации снижается. Для них более физиологическими при электростимуляции будут импульсы тока с соответствующим характеру реакции клеток постепенно нарастающим передним фронтом (нарастание переднего фронта может иметь зависимость отличную от линейной, например, экспоненциальную).

Действие на ткани ритмически повторяющихся импульсов называется частотным раздражением . Оно позволяет выявить способность ткани давать оптимальную реакцию на действие раздражающего фактора в определенных пределах частоты его повторения. Эта способность названа Н.Е. Введенским лабильностью или функциональной подвижностью . Определение лабильности осуществляется путем наблюдения характера реакции при различной частоте раздражающих импульсов.

При электростимуляции, как лечебном методе, чаще используется частотное раздражение импульсами в форме посылок различной длительности с паузами для отдыха. Однако, чтобы процедура не наносила вреда и имела хороший эффект, характеристики импульсов такие, как: амплитуда, длительность, частота и форма, должны соответствовать состоянию тканей. Например, для пораженных мышц опорно-двигательного аппарата «физиологичны» будут более длительные импульсы с постепенно нарастающим передним фронтом и значительно более низкой частотой, чем для здоровых. Выявление этого важного соответствия проводится при помощи электродиагностики. При электродиагностике исследуется характер реакции тканей на электрическое раздражение с различными параметрами (одиночные импульсы разной длительности и формы, ритмическое раздражение различной частоты и т.п.). При этом имеется возможность одновременно установить причину и степень их поражения. Параметры импульсов или импульсного тока, дающие оптимальную реакцию на раздражение, используются затем для проведения лечебных процедур.

Для избежания химического ожога электростимуляция проводится при помощи наложенных на тело электродов с прокладкой, смоченной изотоническим раствором (0,9% NaCl). При этом активный электрод имеет небольшую площадь (точечный электрод), что позволяет сосредоточить раздражающее действие тока на небольших участках тела, раздражение которых наиболее эффективно в данном случае (точки, в которых нервные волокна расположены близко к поверхности тела, точки вхождения нервного волокна в мышцу и др.).

Импульсный ток, применяемый при электростимуляции

Электростимуляция (кардиостимуляция, стимуляция опорно-двигательного аппарата и др.) в ее прямом назначении - одно из направлений использования импульсных токов. Однако в современной электротерапии импульсные токи широко используются также при лечении нервных заболеваний, заболеваний, связанных с нарушением обмена веществ, при расстройствах периферического кровообращения, болевых синдромах и т.д. Для этих целей, кроме рассмотренных простых форм импульсов (рис.3), используются синусоидально-импульсный ток низкой частоты (иногда его называют диадинамическим) (рис. 4), синусоидально модулированный ток звуковой частоты и модулированный ток ультразвуковой частоты.

На рис. 3 показаны некоторые графики импульсного тока, применяемого при электростимуляции центральной нервной системы и мышц.

Рис.5.

Синусоидально-модулированный ток представляет собой несущую - переменный или выпрямленный ток звуковой (4000 - 5000Гц) или ультразвуковой частоты, модулированную по амплитуде частотой от 30 до 150Гц (рис. 5).

Для получения синусоидально-модулированного тока звуковой частоты используются специальные аппараты типа «Амплипульс».

Использование модулированных токов повышенной частоты в аппаратах типа «Амплипульс» обусловлено высоким сопротивлением живой ткани (особенно кожи) токам низкой частоты. Благодаря применению высокочастотного тока, он, при незначительном сопротивлении со стороны кожи, глубоко проникает в ткани (емкостные свойства). Раздражающее действие при этом оказывает его низкочастотная модулирующая составляющая. В аппаратах амплипульстерапии имеется четыре частоты амплитудной модуляции несущей: 30, 50, 100 и 150Гц.

Для уменьшения явления адаптации и тем самым повышения эффективности воздействия прибегают к автоматическому чередованию модулированных колебаний с паузами, модулированного и немодулированного колебаний, чередованию 2-х различных модулирующих частот. При использовании выпрямленного тока (см. рис. 5) электростимулирующее воздействие можно одновременно сопровождать лечебным электрофорезом. Кроме того, ступенчатое изменение в аппарате глубины модуляции несущей от 0 до >100% позволяет изменять силу воздействия на биологическую ткань и тем самым управлять лечебным процессом.

В аппаратах «Искра» несущая имеет ультразвуковую частоту (~ 110кГц и более), а модуляция осуществляется током низкой частоты не синусоидальной формы (рис. 10).

Несмотря на то, что в аппарате «Искра» используется высокочастотная несущая этот метод также можно отнести к низкочастотной электротерапии, так как ток высокой частоты, протекающий в цепи пациента (~20мкА), заметного теплового эффекта вызвать не может (см. закон Джоуля-Ленца).

Лабораторная работа №14

Студент должен знать : структурную схему электростимулятора, способ получения импульсных токов прямоугольной формы с помощью мультивибратора; основные характеристики импульсных токов и способы их измерения; принцип преобразования прямоугольных импульсов в импульсные токи другой формы с помощью дифференцирующих и интегрирующих цепей;

Студент должен уметь : с помощью макета мультивибратора получать на экране осциллографа импульсные токи различной формы, измерять параметры импульсов, работать с аппаратами электростимуляции.

Краткая теория Импульсные токи, применяемые в медицине.

В медицине для диагностических и лечебных целей, кроме постоянного тока малой силы (гальванизация), применяют ток в виде отдельных импульсов, которые характеризуются определённой длительностью и последующей за ними паузой. Времяисоставляют период идеального импульса(рис. 1).

Идеальные импульсы

При гальванизации медленное увеличение силы тока вызывает постепенное изменение концентрации ионов в клетках, которое ведёт к незначительному раздражению нервных окончаний и сокращение мышц при этом не происходит (адаптация ткани).

Значительное физиологическое действие на ткани организма оказывает резкое изменение силы тока, например, в момент замыкания или размыкания цепи. При этом происходит быстрый сдвиг ионов из установившегося положения, который оказывает на легко возбудимые ткани, особенно нервную и мышечную, значительное раздражающее действие и это действие пропорционально скорости изменения силы тока, т.е.
.

Лечебный метод, использующий возбуждение мышц или органов импульсными токами, называют электростимуляцией. В настоящее время в медицине применяют следующие виды импульсов тока различных по форме, длительности и частоте.

1. Импульсный ток прямоугольной формы (рис. 2а) – длительностькоторого составляет 0,1 - 1,0 мс при частоте 10 - 100 гц. Такие токи усиливают тормозящие процессы в центральной нервной системе, поэтому их используют для получения состояния, аналогичного физиологическому сну (электросон). Импульсный ток применяется при некоторых психических заболеваниях, а также заболеваниях, связанных с нарушением функции кортиковесцериальной системы (язвенная болезнь желудка, гипертоническая болезнь);

Тетанизирующйй ток (рис. 26) - характеризующийся треугольной формой импульсов с длительностью сигналов I - 1,5 мс и частотой 100 гц. Он вызывает длительное сокращение поперечно - полосатых мышц. Его применяют для электрогимнастики – упражнения мышц при нарушенной их функции;

Экспоненциальный ток (рис. 2в) с длительностью импульсов от 1,6 до 60 мс с частотой 8 - 80 гц применяют для стимуляции мышц. В зависимости от степени поражения мышц выбирают соответствующий экспоненциальный ток, преимущество которого перед тетанизирующим током заключается в том, что он может вызвать двигательную реакцию более глубоко пораженных мышц.

Импульсные токи, применяемые в медицине

Диадинамические токи представляют собой два тока с полусинусоидальной формой импульсов - с частотой 50 импульсов в секунду (однотактный непрерывный) (рис. 2г) и 100 импульсов в секунду (двухтактный непрерывный) (рис. 2д). Принципиальное отличие их от других состоит в том, что их можно ритмически модулировать по частоте, амплитуде и форме, чтобы предотвратить адаптацию ткани к электрическому раздражению.

Диадинамические токи получили признание благодаря их болеутоляющему действию, механизм которого нервно-рефлекторный по типу нервной блокады. Действие такого тока приводит к физико-химическим изменениям в клетках, изменению проницаемости капилляров, вызывает реактивную гиперемию, способствует улучшению лимфо- и кровообращения, усилению притока питательных веществ и удалению продуктов обмена, что ведет к уменьшению отечного и воспалительного процессов в ткани, уменьшаются вегетативно – сосудистые нарушения.

Для получения физиологического эффекта пользуются силой тока в пределах между порогами восприятия и болевого ощущения (рис.3).

Рис. 3.

Схематическое изображение синусоидального (а),

тетанизирующего (б), экспоненциального (в) токов

(зона действия заштрихована)

Импульсные токи вырабатывают с помощью электронно-ламповых или транзисторных генераторов. Целью данной работы является изучение мультивибратора-генератора прямоугольных импульсов (рис.4) с широкими пределами регулировки их длительности и частоты.