Лекция 2

1.2 Аппараты для терапии постоянным током и электрическим полем. Аэроионизатор, установка Чижевского.

Электрическая модель черезкожной стимуляции. Для лучшего понимания действия электротерапевтических аппаратов рассмотрим электрическую модель, которая характеризует свойства кожи и других тканей человеческого организма.

Если расположить электрод на поверхности кожи, то получится ситуация, когда два проводника разделены диэлектриком, другими словами - конденсатор. Элктрод и кожа под роговым слоем являются проводниками, а роговой слой – диэлектриком, но диэлектриком «пропускающим влагу», так как имеет сруктуру перфорированную проводящими каналами. По этому электрод и кожа могут быть промоделированы как параллельное соединение резистора и конденсатора, рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Модель черезкожной электростимуляции

В данной модели C – емкость образованная электродом и подкожными тканями с роговым слоем в качестве диэлектрика между ними; R_p – сопротивление кожных проводящих путей; R_s – подкожное сопротивление всех тканей между электродами.

В момент пуска электрического тока, пока происходит заряд конденсатора, ток течет через все элементы цепи. После того, как конденсаторы зарядились, ток протекает только через активные сопротивления.

Рассмотрим ситуацию в модели, если приложить постоянное напряжение 50 В. Емкость кожи прапорциональна площади электрода. Типичное значение для емкости кожи на единицу поверхности – 0,05 мкФ•см^-2, следовательно для электрода 10 см² емкость будет равна С=0,5 мкФ. Сопротивление кожи обратнопропорционально площади электрода. Большая поверхность электрода охватывает большее количество проводящих каналов в роговом слое следовательно ведет к уменьшению сопротивления кожи под электродом. Типичным параллельным сопротивлением единицы площади является 10 кОм•см², следовательно для 10 см² поверхности электрода, сопротивление Rp=10 кОм•см²/10 см²=1 кОм. Подкожное сопротивление между электродами примем как R_s=200 Ом.

Рисунок 2.2 – Реакция модели на постоянный ток сразу после подключения – а и спустя некоторое время – б.

В состоянии установившегося режима конденсатор заряжен и ток через него не течет. Тогда общее сопротивление R=(1 кОм+200 кОм+ 1 кОм)=2200 Ом. Следовательно ток I = V/R = 50/2200 = 0,0227 А = 22,7 мА.

Однако, непосредственно после включения тока, пока конденсатор не заряжен, его стопротивление равно нулю и ток равен I = V/R = 50/200 = 0,25 А = 250 мА. Это почти в 10 раз больше, чем в состоянии установившегося режима.

Метод гальванизации.

Воздействие на биологический организм непрерывным постоянным электрическим током силой до 50 мА и напряже­ниями до 80 В называют гальванизацией.

Явление распада молекул солей, щелочей и кислот в воде на ионы противоположных знаков называют электролитической диссоциацией. Полученные вследствие распада ионы служат носителями заряда в жидкости, а сама жидкость становятся проводником. Следовательно, электрический ток в растворах электролитов - это направленное перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях.

Вне электрического поля ионы движутся хаотически. Под действием внешнего электрического поля ионы, продолжая хаотичные движения, вместе с тем смещаются в направлении действия сил электрического поля.

Рисунок 2.1 – Схема движения ионов в электролите под воздействием электрического тока.

Положительно заря­женные ионы движутся по направлению к катоду (отрицатель­ному электроду) и называются катионами, отрицательно заря­женные - к аноду (положительному электроду) и называются анионами. Одновалентные ионы (К⁺ и Na⁺) быстрее достигают электродов, чем двухвалентные (Са^2-, Mg^2-), вследствие чего на катоде скапливаются одновалентные ионы, а в области анода - двухвалентные. Накопление в клетке одновалентных ионов приводит к повышению ее возбудимости, а двухвален­тных - к снижению активности. В результате электроосмоса (проникновения воды, через мембраны из места меньшей концентрации к месту их большей концентрации) происходит движение жидкости к катоду, что способствует отеку и разрыхлению клеток. Под анодом же наблюдается сморщивание и уплотнение клеточных оболочек. Наряду с этим внутри тканей существуют полупроводниковые перегородки, рис. 2.2, на которых скапливаются ионы, создающие пространственные заряды.

Рис. 2.2 – а и б – условное представление образования перегородок пространственных зарядов.

Последние, в свою очередь, создают разность потенциалов, противоположную по знаку прикладываемому напряжению. Продукты электролиза растворов, находящиеся в тканях меж­ду электродами, могут образовывать с веществом электродов гальванические пары, электродвижущая сила которых направ­лена против приложенного напряжения. Все это приводит к тому, что сопротивление тканей организма при постоянном токе значительно выше, чем при переменном, когда явления поляризации значительно ослабляются.

При движении внутри электролитов ионы взаимодействуют с молекулами воды и другими ионами, т.е. электролиты оказывают некоторое противодействие движению, а, следовательно, обладают сопротивлением. Электрическое сопротивление электролитов зависит от концентрации ионов, величины заряда иона, от скорости движения ионов обоих знаков.

Сопротивление электролитов так же определяется по формуле:

где  ρ_У - удельное сопротивление электролита, l - длина жидкого проводника,  S - площадь поперечного сечения жидкого проводника.

При увеличении температуры электролита уменьшается его вязкость, что ведет к увеличению скорости движения ионов. Т.е. при повышении температуры сопротивление электролита уменьшается.

Ток между электродами проходит по кратчайшим рассто­яниям, главным образом, вдоль потоков тканевой жидкости, кровеносных и лимфатических сосудов, содержащих жид­кость, оболочек нервных стволов и т. д. Общее сопротивление участка организма между электродами обусловливается, прежде всего, сопротивлением слоя кожи и, в меньшей степени, слоя подкожножировой клетчатки в месте наложения элект­родов.

При гальванизации обычно применяют свинцо­вые луженые электроды, накладываемые на поверхность тела. Свинец применяют в силу пластичности и малой подвижнос­ти его ионов, которые почти не участвуют в образовании тока между электродами. Облуживание предупреждает окисление поверхности электрода. При этом следует иметь в виду, что наложение металлических электродов непосредственно на кожу недопустимо, поскольку на их поверхности образуются продукты электролиза (на отрицательном электроде — едкий натрий и водород - щелочь, а на положительном — соляная кислота и кислород), которые оказывают на кожу прижигающее воз­действие. Для предупреждения этого явления на поверхность кожи (под электрод) помещают прокладку (толщиной около 1 см) из хорошо смачивающегося материала: байки, фланели и т. д. Эта прокладка может быть смочена теплой водой или каким-либо лекарственным раствором.

Сопротивление цепи между электродами при различных процедурах меняется в широких пределах. В целом, для зна­чительной части местных процедур на туловище и конечнос­тях при площади прокладок в пределах 100...200 см² и токе 10-20 мА сопротивление постоянному току составляет 0,5-1 кОм; при малой площади прокладок и токе 4-5 мА оно увеличива­ется до 2-3 кОм. При глазнично-затылочном расположении электродов и при токе в пределах 1-2 мА сопротивление повышается до 4-5 кОм. Исходя из этих данных источник тока для гальванизации (при местных процедурах) должен обеспе­чивать напряжение до 40-50 В и ток до 25-30 мА.