Вопрос 2. 20 минут. Импульсный сигнал и его параметры.

Под импульсом подразумевают быстрое появление и исчезновение электрической величины (напряжения, тока), то есть действие напряжения (тока) на нагрузку (электрическая схема, ткани организма) в течение короткого промежутка времени t_n, значительно меньшего паузы t_п между импульсами.

В медицинской радиоэлектронной аппаратуре под импульсами понимаются переменные напряжения (токи), основным признаком которых является их отличие от синусоидальной формы (пилообразные, прямоугольные и т.д.).

Раздражающее действие одиночного импульса тока зависит от его формы (преимущественное значение имеет крутизна нарастания - tg ), длительности t_и и амплитуды, которые являются его основными характеристиками.

Видеоимпульсы - это такие электрические импульсы тока или напряжения, которые имеют постоянную составляющую, отличную от нуля, то есть имеют одну полярность.

Радиоимпульсы - это модулированные электромагнитные колебания.

1-2 – фронт

2-3 – вершина

3-4 – срез (задний фронт)

4-5 - хвост

крутизна фронта

Если импульсы повторяются, то используют ещё одну характеристику - период повторения Т - среднее время между началами соседних импульсов. Частота повторения равна .

Скважностью следования импульсов называется отношение:

.

Величина обратная скважности, есть коэффициент заполнения:

.

Вопрос 3. 15 минут.

Связь амплитуды, формы импульса, частоты следования импульсов, длительности импульсного сигнала с раздражающим действием импульсного тока. Закон Дюбуа-Реймона, уравнение Вейса-Лапика.

В основе действия электрического тока на ткани организма лежит движение заряженных частиц, преимущественно ионов тканевых электролитов, в результате чего изменяется обычный состав ионов по обе стороны клеточной мембраны, в связи, с чем в клетке происходит ряд биофизических и физиологических процессов, вызывающих её возбуждение.

Опыт показывает, что постоянный ток при установившейся силе тока (не выходящей из допустимых пределов) раздражающего действия на ткани организма не оказывает. Раздражение вызывается при изменении силы тока и зависит от скорости, с которой это изменение происходит (закон Дюбуа-Реймона). Учитывая, что сила тока в растворе электролита зависит как от числа движущихся ионов, так и от скорости их перемещения, скорость изменения силы тока следует сопоставить с их ускорением. Поэтому можно считать, что раздражающее действие тока обусловлено ускорением при перемещении ионов тканевых электролитов.

Раздражающее действие прямоугольных импульсов в значительной мере зависит от их длительности, обуславливающей наибольшее смещение ионов за время действия импульса. Эта зависимость описывается уравнением Вейса-Лапика:

,

где I_П - пороговая сила тока (амплитуда импульса), t_u - длительность импульса, а и в - коэффициенты, зависящие от природы возбудимой ткани и её функционального состояния.

Порогом в физиологии называется минимальная сила раздражения, вызывающая реакцию возбудимой ткани.

Как видно из графика на рис.2, предельно кратковременные импульсы (вызывающие смещение ионов, соизмеримое с амплитудой колебаний в тепловом движении) не оказывают раздражающего действия. При достаточно длительных импульсах (правая ветвь графика) раздражающее действие их становится независимым от длительности, значение порогового тока при этом называется реобазой (R). Точка “С” кривой, ордината которой равна удвоенной реобазе, определяет длительность импульса, называемую хронаксией (сhr). Хронаксия и реобаза характеризуют возбудимость органа или ткани и могут служить показателями их функционального состояния или диагностическим признаком при их поражении.

Согласно закону Дюбуа-Раймона, раздражающее действие тока зависит от скорости нарастания его мгновенных значений, то есть от крутизны переднего фронта импульса. Это связано со свойством возбудимых тканей повышать порог (“приспосабливаться”) к постепенно нарастающей силе раздражения. Это свойство тканей называется аккомодацией и характеризуется снижением порогового тока “I_n” при возрастании крутизны переднего фронта одиночных достаточно длительных импульсов. Исследование аккомодации производится с помощью треугольных или трапецеидальных импульсов с регулируемой крутизной переднего фронта.

Способность к аккомодации у возбудимых тканей зависит от их функционального состояния. Например, у патологически измененных мышц способность к аккомодации снижается и для них более физиологическими является постепенно (экспоненциально) нарастающие импульсы.

I

t

Амплитуда импульсов, обуславливающая силу тока в цепи, зависит главным образом от числа ионов, вовлеченных в движение. Изменением амплитуды импульсов при определенных их форме и длительности обычно регулируется сила раздражения при данной процедуре.

Действие на ткани ритмически повторяющихся одиночных импульсов называется частотным раздражением. Частотное раздражение позволяет выявить особое свойство возбудимых тканей, названное Н.Введенским лабильностью или функциональной подвижностью, которое характеризует способность ткани давать оптимальную реакцию только в определенных пределах частоты повторения раздражающих импульсов. Определение лабильности осуществляется путем наблюдения характера реакции, например, тетанического сокращения мышц, при различной частоте раздражающих импульсов тока.

Из области физиологических исследований электростимуляция перешла в клинику, где она используется в качестве лечебного воздействия при недостаточности или нарушении естественной функции тех или иных органов или систем.