Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
85.Первичное действие постоянного тока на ткани организма. Гальванизация. Электрофорез лекарственных веществ
Человеческий организм в значительной степени состоит из биологических жидкостей, содержащих большое количество ионов, которые участвуют в различных обменных процессах.
Под влиянием электрического поля ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным. Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с движением ионов, их разделением и изменением их концентрации в разных элементах тканей.
Закон Ома для биологического объекта следует записать ,
где P(t) - э.д.с. поляризации, являющаяся функцией времени.
Воздействие постоянного тока на организм зависит от силы тока, поэтому весьма существенно электрическое сопротивление тканей и прежде всего кожи. Влага, пот значительно уменьшают сопротивление, что даже при небольшом напряжении может вызвать значительный ток через организм.
Непрерывный постоянный ток напряжением 60—80 В используют как лечебный метод физиотерапии (гальванизация).
Источником тока обычно служит двухполупериодный выпрямитель — аппарат для гальванизации. Применяют для этого электроды из листового свинца или станиоля толщиной 0,3—0,5 мм. Так как продукты электролиза раствора поваренной соли, содержащегося в тканях, вызывают прижигание, то между электродами и кожей помещают гидрофильные прокладки, смоченные, например, теплой водой.
Дозируют силу постоянного тока по показаниям миллиамперметра, при этом обязательно учитывают предельно допустимую плотность тока — 0,1 мА/см2.
Постоянный ток используют в лечебной практике также и для введения лекарственных веществ через кожу или слизистые оболочки. Этот метод получил название электрофореза лекарственных веществ.
Для этой цели поступают так же, как и при гальванизации, но прокладку активного электрода смачивают раствором соответствующего лекарственного вещества. Лекарство вводят с того полюса, зарядом которого оно обладает: анионы вводят с катода, катионы — с анода.
86. Переменный ток. Виды сопротивления. Импеданс
переменный ток — любой ток, изменяющийсясовременем Квазистационарным называют такой ток, для которого время установления одинакового значения по всей цепи значительно меньше периода колебаний.
.
Сравнивая с законом Ома, заметим, что выражение Х = L играет роль сопротивления цепи, которое называют индуктивным. Это сопротивление вместе с ULm определяет силу тока: чем больше частота и индуктивность L, тем меньше Im.
.
ХL = L сопротивления цепи, которое называют емкостным. Оно определяет амплитуду тока: чем меньше емкость С и частота со, тем меньше Im. Для постоянного тока ( = 0) емкость является бесконечно большим сопротивлением, и тока в такой цепи не будет. Заметим, что отсутствие конденсатора в цепях с резистором или индуктивностью формально означало не С = 0, а ХC = 0, т. е. С .
В цепи с конденсатором теплота не выделяется, так как омическое сопротивление проводников равно нулю (нагревание диэлектрика в переменном электрическом поле здесь не учитывается, оно будет рассмотрено позже). Роль емкости сводится к накоплению энергии электрического поля конденсатора и возвращению этой энергии обратно источнику тока. Происходит периодическая перекачка энергии от источника в цепь и от цепи к источнику, в идеальном случае без потерь энергии.
Из формул можно убедиться, что индуктивное и емкостное сопротивление в СИ измеряются в омах. (14.40)
Z — полное сопротивление цепи переменного тока, называемое импедансом.Частотная зависимость импеданса позволяет оценить жизнеспособность тканей организма, что важно знать для пересадки (трансплантации) тканей и органов. Различие в частотных зависимостях импеданса получается и в случаях здоровой и больной ткани.
Импеданс тканей и органов зависит также и от их физиологического состояния. Так, при кровенаполнении сосудов импеданс изменяется в зависимости от состояния сердечно-сосудистой деятельности.
Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности, называют реографией (импеданс-плетизмография).
С помощью этого метода получают реограммы головного мозга (реоэнцефалограмма), сердца (реокардиограмма), магистральных сосудов, легких, печени и конечностей. Измерения обычно проводят на частоте 30 кГц.
В заключение отметим, что знание пассивных электрических свойств биологических тканей важно при разработке теоретических основ методов электрографии органов и тканей, так как создаваемый токовыми диполями электрический ток проходит через них. Кроме того, представления о дисперсии импеданса позволяют оценить механизм действия токов и полей, используемых в терапевтических целях.
87-88. Сопротивление живой ткани переменному току. Эквивалентная электрическая схема
Ткани организма проводят не только постоянный но и переменный ток. Опыт показывает, что в этом случае сила тока, проходящая через биологическую ткань, опережает по фазе приложенное напряжение. Следовательно (см. § 14.3), емкостное сопротивление тканей больше индуктивного. В таблице 24 в качестве примера приведены значения разности фаз тока и напряжения для некоторых тканей (частота 1 кГц).
Отсюда следует, что моделировать электрические свойства биологических тканей можно, используя резисторы, которые обладают активным сопротивлением, и конденсаторы — носители емкостного сопротивления. В качестве модели обычно используют эквивалентную электрическую схему тканей организма. Она представляет собой схему, состоящую из резисторов и конденсаторов, частотная зависимость (дисперсия) импеданса которой близка к частотной зависимости импеданса биологической ткани.
Отсутствие противоречия с опытами - такое сочетание резисторов и конденсатора может быть принято за эквивалентную электрическую схему тканей организма. Частотная зависимость импеданса эквивалентной электрической схемы соответствует общему ходу экспериментальной зависимости импеданса от частоты. Важно отметить, что при этом электроемкость и, следовательно, диэлектрическая проницаемость остаются постоянными.
Пропускание тока высокой частоты через ткань используют в физиотерапевтических процедурах, называемых диатермией и местной дарсонвализацией.
частотная зависимость диэлектрической проницаемости при воздействии переменным (гармоническим) электрическим полем: = f(). Изменение диэлектрической проницаемости с изменением частоты, электрического поля означает изменение электроемкости и, как следствие, изменение импеданса.
Порогом ощутимого тока называют наименьшую силу тока, раздражающее действие которого ощущает человек.
q = j2P-
Воздействуя на сердце, ток может вызвать фибрилляцию желудочков, которая приводит к гибели человека. Пороговая сила тока, вызывающего фибрилляцию, зависит от плотности тока, протекающего через сердце, частоты и длительности его действия.
При частотах приблизительно более 500 кГц смещение ионов становится соизмеримым с их смещением в результате молекулярно-теплового движения, поэтому ток или электромагнитная волна не будет вызывать раздражающего действия. Основным первичным эффектом в этом случае является тепловое воздействие. Лечебное прогревание высокочастотными электромагнитными колебаниями обладает рядом преимуществ перед таким традиционным и простым способом, который реализуется грелкой.
Прогревание грелкой внутренних органов осуществляется за счет теплопроводности наружных тканей — кожи и подкожножировой клетчатки. Подбирая соответствующую частоту, можно осуществлять «термоселективное» воздействие, т. е. преимущественное образование теплоты в нужных тканях и органах.
Магнитным полем называют вид материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на движущиеся электрические заряды, помещенные в поле, и другие тела, обладающие магнитным моментом..
Основные характеристики магнитного поля
Аналогично электрическому полю, необходимо для магнитного поля ввести количественную характеристику. Для этого выбирают некоторый объект — «пробное тело», реагирующее на магнитное поле. В качестве такого тела достаточно взять малую рамку (контур) с током, чтобы можно было считать, что рамка помещается в некоторую точку поля. Опыт показывает, что на пробную рамку с током в магнитном поле действует момент силы М, зависящий от ряда факторов, в том числе и от ориентации рамки. Максимальное значение М зависит от магнитного поля, в котором находится контур, и от самого контура: силы тока I, протекающего по нему, и площади S, охватываемой контуром, т. е.Mmax ~ IS.
Величину pm = IS называют магнитным моментом контура с током. Таким образом, Mmax pm
Магнитный момент — векторная величина. Для плоского контура с током вектор направлен перпендикулярно плоскости контура и связан с направлением тока I правилом правого винта (рис. 13.1).
Магнитный момент является характеристикой не только контура с током, но и многих элементарных частиц (протоны, нейтроны, электроны и т. д.), определяя поведение их в магнитном поле.
Единицей магнитного момента служит ампер-квадратный метр (А • м2). Магнитный момент элементарных частиц, ядер, атомов и молекул выражают в особых единицах, называемых атомным (б) или ядерным (я) магнетоном Бора:б = 0,927 • 10-23 А • м2 (Дж/Тл), я = 0,505 • 10 26 А • м2 (Дж/Тл).
Зависимость (13.3) используют для введения силовой характеристики магнитного поля — вектора магнитной индукции .
Магнитная индукция в некоторой точке поля равна отношению максимального вращающего момента, действующего на рамку с током в однородном магнитном поле, к магнитному моменту этой рамки.B = Mmах/рm.Единицей магнитной индукции является тесла (Тл):
Магнитное поле графически изображают с помощью линий магнитной индукции, касательные к которым показываю направление вектора . Циркуляция вектора магнитной индукции по любой линии магнитной индукции не равна нулю:Ф = BS cos или Ф = BnS, где Вп = В cos — проекция вектора на направление нормали п к площадке, Ф — магнитный поток.
Единицей магнитного потока, согласно (13.6), является вебер (Вб):
Вб = 1 Тл • м2.
Выражение для объемной плотности энергии магнитного поля имеет следующий вид:
где w — магнитная проницаемость среды, а 0 — магнитная постоянная.
Нет таких веществ, состояние которых не изменялось бы при помещении их в магнитное поле. Более того, находясь в магнитном поле, вещества сами становятся источниками такого поля. В этом смысле все вещества принято называть магнетиками
Магнетики делят на три основных класса: парамагнетики, диамагнетики, ферромагнетики. Каждому из них соответствует и свой тип магнетизма: парамагнетизм, диамагнетизм и ферромагнетизм.
Магнитные свойства веществ зависят от строения молекул, поэтому магнитные методы измерений используют в химических исследованиях. Специальный раздел физической химии — магнетохимия — изучает связь между магнитными и химическими свойствами вещества.
Ткани организма в значительной степени диамагнитны, подобно воде. Однако в организме имеются и парамагнитные вещества, молекулы и ионы. Железо в организме присутствует в таких соединениях, которые не являются ферромагнитными.
Магнетизм биологических объектов, т. е. их магнитные свойства и магнитные поля, создаваемые ими, получили название биомагнетизма.
Магнитные поля, создаваемые биологическими объектами, достаточно слабы и возникают от биотоков. В некоторых случаях магнитную индукцию таких полей удается измерить. Так, например, на основании регистрации временной зависимости индукции магнитного поля сердца (биотоков сердца) создан диагностический метод — магнитокардиография.
магнитокардиограмма аналогична электрокардиограмме. Однако магнитокардиография в отличие от электрокардиографии является бесконтактным методом, ибо магнитное поле может регистрироваться и на некотором расстоянии от биологического объекта — источника поля.
Магнитное поле оказывает воздействие на биологические системы, которые в нем находятся. Это воздействие изучает раздел биофизики, называемый магнитобиологией
91.Электростимуляция тканей и органов.Импульсный сигнал и его параметры
Электростимуляция - побуждение деятельности органа или ткани с помощью электрических импульсов. Достоинства электростимуляции:
1) отсутствие побочных воздействий,
2) хорошая переносимость воздействия,
3) минимальное количество противопоказаний (поздние сроки беременности, онкологические больные)
4) локальность воздействия,
5) легкость дозировки воздействия,
6) повышение технического уровня врачей (кругозор),
7) развитие техники.
Классификация электростимуляторов (по объекту воздействия):
1. Стимуляция ЦНС.
2. Стимуляция нервно-мышечной системы и опорно-двигательного аппарата.
3. Стимуляция сердечно-сосудистой системы.
4. Стимуляция дыхания.
5. Стимуляция органов моче-половой системы.
6.Стимуляция желудочно-кишечного тракта.
Назначение:
а) для восстановления временно утраченной функции,
б) усиление какой-либо функции, если она ослаблена,
в) замена функции.
Примером стимулятора широкого назначения является универсальный электростимулятор УЭИ-1. Он представляет собой генератор импульсного тока прямоугольной и экспоненциальной формы. Аппарат позволяет измерять амплитуду импульса тока в цепи пациента. На экране электронно-лучевой трубки можно наблюдать форму импульсов на выходе аппарата.
Другим прибором для электролечения является аппарат СНИМ-1, частота импульсов около 100 Гц, форма тока показана на рисунке.
.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 tn, значительно меньшего паузы tп между импульсами.
Электрическим импульсом назовем кратковременное изменение электрического
напряжения или силы тока.
В технике импульсы подразделяются на две большие группы: видео- и радиоимпульсы.
Видеоимпульсы — это такие электрические импульсы тока или напряжения, которые имеют постоянную составляющую, отличную от нуля. Таким образом, видеоимпульс имеет преимущственно одну полярность.
Радиоимпульсы — это модулированные электромагнитные колебания
Отношениеназывают крутизной фронта.
Повторяющиеся импульсы называют импульсным током. Он характеризуется периодом (периодом повторения импульсов) Т — средним временеммежду началами соседних импульсови частотой (частотой повторения импульсов) f = 1/Т. Скважностью следования импульсов называется отношение: Величина, обратная скважности, есть коэффициент заполнения:K=1/Q= f. и
92.Связь амплитуды, формы импульса, частоты следования импульсов, длительности импульсного сигнала с раздражающим действием импульсного тока. Закон Дюбуа-Реймона.
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 “In” при возрастании крутизны переднего фронта одиночных достаточно длительных импульсов. Исследование аккомодации производится с помощью треугольных или трапецеидальных импульсов с регулируемой крутизной переднего фронта.
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.
Раздражение тканей зависит также и от формы импульсного тока, длительности импульса и его амплитуды. Так, например, увеличение крутизны фронта импульса уменьшает пороговую силу тока, который вызывает сокращение мышц. Это свидетельствует о том, что мышцы приспосабливаются к изменению силы тока, наступают ионные компенсационные процессы.
95. Воздействие высокочастотных токов и полей на организм. Первичные механизмы воздействия. Тепловые и нетепловые эффекты
Физиотерапевтические методы, основанные на применении электромагнитных волн СВЧ-диапазона, в зависимости от длины волны получили два названия: микроволновая терапия (частота 2375 МГц, длина волны 12,6 см) и ДЦВ-терапия, т. е. терапия дециметровых волн (частота 460 МГц, длина волны 65,2 см).
Наиболее разработана в настоящее время теория о тепловом действии СВЧ-полей на биологические объекты. Электромагнитная волна поляризует молекулы вещества и периодически переориентирует их как электрические диполи. Кроме того, электромагнитная волна воздействует на ионы биологических систем и вызывает переменный ток проводимости. Таким образом, в диэлектрике, находящемся в электромагнитном поле, происходит как изменение поляризации диэлектрика, так и протекание токов проводимости. Все это приводит к нагреванию вещества. Большое значение имеют диэлектрические потери, обусловленные переориентацией молекул воды (-дисперсия, см. § 14.4). В связи с этим максимальное поглощение энергии микроволн происходит в таких тканях, как мышцы и кровь, а в костной и жировой ткани воды меньше, они меньше и нагреваются.
На границе сред с разными коэффициентами поглощения электромагнитных волн, например на границе тканей с высоким и низким содержанием воды, могут возникнуть стоячие волны, обусловливая местный перегрев тканей. Наиболее подвержены перегреву ткани с недостаточным кровоснабжением и, следовательно, плохой терморегуляцией, например хрусталик глаза, стекловидное тело и др.
Электромагнитные волны могут влиять на биологические процессы, разрывая водородные связи и влияя на ориентацию макромолекул ДНК и РНК.
При попадании электромагнитной волны на участок тела происходит ее частичное отражение от поверхности кожи. Степень отражения зависит от различия диэлектрических проницаемостей воздуха и биологических тканей. Если облучение электромагнитными волнами осуществляется дистанционно (на расстоянии), то может отражаться до 75% энергии электромагнитных волн. В этом случае невозможно по мощности, генерируемой излучателем, судить об энергии, поглощаемой пациентом в единицу времени. При контактном облучении электромагнитными волнами (излучатель соприкасается с облучаемой поверхностью) генерируемая мощность соответствует мощности, воспринимаемой тканями организма.
Глубина проникновения электромагнитных волн в биологические ткани зависит от способности этих тканей поглощать энергию волн, которая, в свою очередь, определяется как строением тканей (главным образом содержанием воды), так и частотой электромагнитных волн. Так, сантиметровые электромагнитные волны, используемые в физиотерапии, проникают в мышцы, кожу, биологические жидкости на глубину около 2 см, а в жир, кости — около 10 см. Для дециметровых волн эти показатели приблизительно в 2 раза выше.
Учитывая сложный состав тканей, условно считают, что при микроволновой терапии глубина проникновения электромагнитных волн равна 3—5 см от поверхности тела, а при ДЦВ-терапии — до 9 см.
93. Связь амплитуды, формы импульса, частоты следования импульсов, длительности импульсного сигнала с раздражающим действием импульсного тока. Уравнение Вейса-Лапика.
где IП - пороговая сила тока (амплитуда импульса), tu - 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.
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:
,
90. Воздействие переменным магнитным полем
В проводящих телах, находящихся в переменном магнитном поле, вследствие электромагнитной индукции возникают токи, которые принято называть вихревыми.
Эти токи могут использоваться для прогревания биологических тканей и органов. Такой лечебный метод — индуктотермия. Таким образом, при индуктотермии количество теплоты, выделяющееся в тканях, пропорционально квадратам частоты и индукции переменного магнитного поля и обратно пропорционально удельному сопротивлению. Поэтому сильнее будут нагреваться ткани, богатые сосудами, например мышцы, чем такие ткани, как жир. Обычно при индуктотермии применяют местное воздействие переменного магнитного поля, используя спирали или плоские свернутые кабели.
Лечение вихревыми токами возможно также при общей дарсонвализации. В этом случае пациента помещают в клетку-соленоид, по виткам которого пропускают импульсный ток высокой частоты.
96.Высокочастотная мед аппаратура.
Электрохирургия.Местная дарсонвализация, индуктотермия, УВЧ-, МКВ- , ДЦВ- и КВЧ-терапия.
К физиотерапевтическим аппаратам высокочастотной терапии относятся аппараты электрохирургии (рассмотрим их ниже), диатермии, местной дарсонвализации, индуктотермии, УВЧ-терапии, микроволновой терапии (также будут рассмотрены ниже).
Общая схема аппаратов индуктотермии и УВЧ-терапии приведена на рисунке.
В аппарате УВЧ-терапии дискообразные электроды, подводимые к больному, входят в состав контура пациента, называемого терапевтическим контуром. Для безопасности больного терапевтический контур индуктивно связан с контуром генератора, так как индуктивная связь исключает возможность случайного попадания больного под высокое напряжение, которое практически всегда имеется в генераторах колебаний. Терапевтический контур применяют и в других генераторах, используемых для лечения.
Генераторы синусоидальных колебаний
с самовозбуждением
Для возбуждения незатухающих электрических колебаний применяют автоколебательные системы (работающие за счет энергии источника постоянного или выпрямленного напряжения), называемые генераторами. Рассмотрим ламповый генератор:
Схема генерирует колебания, частота которых равна частоте собственных колебаний контура Lк Cк. Изменять эту частоту можно, меняя параметры контура - C и L. Удобнее Cк. Элементы Rc Cc служат для создания на сетке напряжения смещения в цепях правильного режима работы лампы.
Пропускание тока высокой частоты через ткань используют в физиотерапевтических процедурах, называемых диатермией и местной дарсонвализацией.
При диатермии применяют ток частотой около 1 МГц со слабозатухающими колебаниями, напряжение 100—150 В; сила тока несколько ампер. Так как наибольшим удельным сопротивлением обладают кожа, жир, кости, мышцы, то они и нагреваются сильнее. Наименьшее нагревание у органов, богатых кровью или лимфой, — легкие, печень, лимфатические узлы. Недостаток диатермии — большое количество теплоты непродуктивно выделяется в слое кожи и подкожной клетчатке.
Аппаратура электрохирургии
Имеются генераторы трех видов: ламповые, полупроводниковые и искровые. Форма сигнала:
Аппарат электрохирургии высокочастотный
Принцип действия аппарата основан на воздействии токов высокой частоты на мягкие биологические ткани.
При протекании тока через мягкие ткани осуществляется их резание и коагуляция кровеносных сосудов. Резание тканей производится синусоидальным немодулированным током частотой 1,76 МГц. При касании электродом мягкой ткани, вследствие высокой плотности входного тока, происходит мгновенный нагрев клеток и испарение внутриклеточной жидкости, что приводит к разрыву клеток в зоне касания, таким образом, осуществляется разрез ткани
94.Аппаратура для электростимуляции. Примеры использования электростимуляции в клинике. Электростимуляция сердца и ее виды.
Блокинг-генератор и мультивибратор применяются в качестве генераторов импульсов в кардиостимуляторах. Кардиостимулятором называют прибор, позволяющий генерировать искусственные стимулирующие импульсы и подавать их на сердце. Он состоит из импульсного генератора и соответствующих электродов. Существуют имплантируемые и внешние кардиостимуляторы. Имплантируемым кардиостимулятором называют такое устройство, все системы которого находятся внутри тела пациента. В противоположность ему, внешнийкардистимулятор обычно состоит из внешнего генератора импульсов, носимого пациентом и подключенного к электродам, расположенным внутри миокарда или на нем.
Примером последнего может служить генератор электростимуля-ционных импульсов в синхронизированном с “Р” волной электро-кардиостимуляторе. На выходе такого генератора ститмуляционный импульс появляется только в том случае, если со специальной схемы усиления на вход генератора поступает импульс, соответствующий волне электрокардиограммы.
Для генераторов импульсов в кардиостимуляторах требуются источники питания. Сейчас разработаны генераторы с перезаряжаемыми батареями, срок службы которых 10 лет.Для имплантируемых источников питания созданы генераторы с атомным источником питания. В этих устройствах тепло, выделяемые при распаде радиоактивного плутония, преобразуется в постоянный ток, который используется для питания кардиостимулятора. Это устройство имеют срок службы около 10 лет; при этом радиационная опасность для пациента пренебрежимо мала.
Дефибрилляторы.
Во время фибрилляции вместо нормальных ритмических сокращений предсердий или желудочков появляются быстрые нерегулярные судорожные подергивания мышечных стенок. Фибрилляция предсердных мышц называется предсердной, желудочков - желудочковой. Фибрилляция, если она началась, сама по себе не прекращается. Фибрилляция желудочковая, если её не устранить, приведет через несколько минут к смерти.