Воздействие электромагнитных полей.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ г. СЕМЕЙ
Методическое пособие по теме:
Терапевтическая электронно-медицинская аппаратура.
Терапевтическая техника, основанная на применении ВЧ, СВЧ и УВЧ токов. Физиотерапия
Составители: Крылова Л.А.
Ковалёва Л.В.
Воздействие электромагнитных полей.
Организм человека подвержен воздействию электромагнитных полей (ЭМП). Живые ткани испытывают биологические эффекты ЭМП. ЭМП взаимодействует только с такими физическими средами, в которых присутствуют свободныеили связанные электрические заряды. В средах, содержащих заряды обоих типов, ЭМП создаёт и ток проводимости, и ток смещения, который при большой частоте поля становится значительным.
Взаимодействие магнитной и электрической составляющих ЭМП с организмом приводит к изменению характеристик биологической системы и усилению биологических эффектов. Это необходимо учитывать при резонансных явлениях. В радиобиологии все ЭМП подразделяются на два диапазона: низкой(до 
Гц) и высокой частоты (выше Гц).
Тело человека по отношению к низкочастотным ЭМП обладает свойствами проводника. Под действием внешнего поля в тканях возникает ток проводимости. Основными представителями свободных зарядов служат ионы. Длина ЭМВ низких частот многократнопревосходит размеры человеческого тела, вследствие чего весь организм подвергается воздействию таких волн. Однако это действие на разные ткани не одинаково, т.к. они отличаются как по электрическим свойствам, так и по чувствительности к току проводимости. Наиболее чувствительна к индуцированному току проводимости нервнаясистема. Он течёт преимущественно по межклеточной жидкости, т.к. её сопротивление меньше сопротивления клеточных мембран. Через плазмолемму нейронов протекает примерно тысячная доля тока проводимости. Этого недостаточно для возбуждения нейронов. Но со столь сильными низкочастотными ЭМП в окружающей среде человек и животные практически не встречаются. Повышая частоту этого поля до 200 Гц, можно возбуждать нервы и мышцы, но резкое увеличение тока служит биофизическим механизмом электротравмы.
В основе любых механизмов лечебного действия высокочастотныхколебаний лежит их первичное действие на электрически заряженные частицы (электроны, атомы и молекулы) веществ, из которых состоят ткани организма. В действии высокочастотных колебаний различают две группы эффектов – тепловой эффект и, так называемый, специфический эффект. Тепловой эффект отличается от теплового эффекта, получаемого другими методами (грелки, укутывания, инфракрасноеоблучение и др.), рядом существенных преимуществ. Нагревание тканей токами и полями высокой частоты происходит не за счет передачи тепла, подведенного к поверхности тела, а за счет непосредственного выделения теплоты в расположенных внутри тела тканях и органах. Это позволяет в значительной степени исключить теплоизолирующее действие слоя кожи и подкожной жировой клетчатки, а также теплорегуляционное действие системы кровообращения, значительно ослабляющее передачу тепла в глубь поверхности тела. В отличие от токов низкой частоты токи высокой частоты способны нагревать до высокой температуры не только проводники, но и диэлектрики. Токи низкой частоты проходят по всему сечению проводника, а токи высокой частоты в основном проходят в тонком поверхностном слое проводника. Ток низкой частоты силой более 50 мА уже опасен для человека, тогда как токи высокой частоты силой 3-4 А совершенно безопасны и никаких отрицательных реакций в организме человека не вызывают. Это объясняется тем, что при прохождении через ткани токов низкой частоты амплитуда колебания ионов может превышать пределы прочности тканей. Возңикают болевые ощущения, часть тканей разрушается. При прохождении через ткани токов высокой частоты смещение ионов совершенно незначителыю и поэтому токи высокой частоты никаких неприятных ощущений не вызывают.
Особенностьютеплового действия высокочастотных колебаний является то, что количество теплоты, выделяющееся в тех или иных органах и тканях организма, зависит как от параметров колебаний, главным образом частоты, так и от электрических свойств самих тканей.
Подбирая соответствующим образом частоту колебаний, можно обеспечить «термоселективное» действие, т.е. преимущественное выделение тепла в определенных тканях. Немаловажным преимуществом высокочастотных методов является возможность легко регулироватьмощность колебаний, действующих на объект, и, соответственно, интенсивность теплового эффекта; при некоторых методах возможно и довольно точное измерение этой мощности.
Все методы лечения, основанные на применении электромагңитных колебаний, отличаются
только способом воздействия на больного и параметрами применяемых колебаний: частотой, мощностыо, напряжением и т. д.
При дарсонвализациииспользуется ток частотой 200-300 КГц при напряжении в несколько тысяч вольт. Его получают с помощью колебательного контура с автоматическим прерывателем. В этом случае возникают электромагнитные колебания в виде импульсов, следующих друг за другом с небольщим интервалом.
При диатермиина обнаженный участок тела иакладывают две свинцовые пластинки, соединенные с терапевтическим контуром лампового генератора. Между электродами возникает высокочастотное электрическое поле, под действием которого в тканях организма протекает ток силой 1,5—2 А и частотой 0,5 КГц—2 МГц. ГІри прохождении тока в тканях организма выделяется значительное количество теплоты. Если при этом один из электродов изготовить в виде острия (ножа), то выделяющуюся энергию можно сконцентрировать на очень малом участке тела и использовать для сваривания тканей (диатермокоагуляция) или их рассечения, которое не сопровождается капиллярным кровотечением (электротомия).
При индуктотермииподлежащии лечению участок тела помещают внутрь витков
соленоида, подключенного к терапевтическому контуру генератора. Магнитное поле соленоида индуктирует в тканях токи частотой 10—15 МГц. Это обеспечивает более глубокий прогрев тканей, чем при диатермии.
При УВЧ-терапии подлежащую лечению область тела помещают между двумя электродами, образующими конденсатор терапевтического контура. Между ними возникает переменное электрическое поле частотой 40— 50 МГц (ультравысокая частота). Электрическое поле такой частоты воздействует не только на токопроводящие ткани, но и на ткани-диэлектрики, в том числе и костное вещество, вызывая в них ориентационную поляризацию. В результате поляризации дипольные молекулы тканей приходят в колебательное движение, что сопровождается образованием тепловой энергии и получением лечебного эффекта.
Рис. 1. Использование ТВЧ в медицине: а) диатермия, б) индуктотермия, в) УВЧ- терапия.
УВЧ-терапия, наиболее распространенный электролечебный метод, представляет собой воздействие на ткани тела больного электрическим полем ультравысокой частоты. Электрическое поле создается с помощью двух конденсаторных электродов, соединенных проводами с генераторам УВЧ колебаний. Подвергаемая воздействию часть тела помещается между электродами или при внутриполостных воздействиях один из электродов вводится в соответствующую полость организма, а второй – располагается около поверхности тела.
Распределение тепла между поверхностными и глубоко расположенными тканями тела больного при УВЧ – терапии значительно более благоприятно, чем при диатермии. Важным преимуществом УВЧ – терапии по сравнению с диатермией является возможность проводить процедуры с зазорами между электродом и поверхностью тела. Наличие зазоров позволяет значительно уменьшить нежелательный нагрев поверхностных тканей, т.к. область
около электродов, в которой густота силовых линий максимальная, располагается вне тела больного.
Нагрев тканей в электрическом поле УВЧ пропорционален квадрату напряженности поля. В неоднородном поле, имеющем место в реальных условиях, напряженность различна и характеризуется концентрацией силовых линий поля. В отсутствии тела больного поле между электродами наиболее равномерно в центре, к периферии силовые линии за счет краевого эффекта искривляются. Область равномерного поля тем больше, чем меньше отношение расстояния между электродами к их диаметру. При расположении больного между электродами линии поля в связи с негомогенной структурой нигде не идут равномерно, они искривляются в средней зоне так, что под электродами создается наибольшая напряженность поля. В связи с этим при отсутствии или малых воздушных зазорах наибольшее выделение тепла имеет место на поверхности тела и резко спадает с глубиной. Для обеспечения более равномерного распределения тепла между поверхностными и глубоко расположенными тканями увеличивают величину зазоров до нескольких сантиметров. При этом, как уже указывалось, наиболее неоднородная часть поля около электродов оказывается вне тела и равномерность воздействия по глубине значительно улучшается. Для того чтобы при значительных зазорах обеспечить достаточно эффективный нагрев тканей, аппарат для УВЧ – терапии должен обеспечить возможность увеличения напряжения на электродах, так как при увеличении зазоров увеличивается доля приходящего на них напряжения.
Выбором величины электрода, величины зазора, а также наклона электрода по отношению к поверхности тела можно обеспечивать преимущественное воздействие на определенный участок тела. Электроды могут иметь жесткую конструкцию, однако находят применение и гибкие. Гибкий электрод и прокладки либо фиксируются тяжестью тела больного, либо укрепляются на теле эластичным резиновым бинтом. Металлические предметы в электрическом поле УВЧ не нагреваются, однако около них, особенно, при наличии острых краев и выступов происходит концентрация силовых линий поля, вследствие чего могут появляться местные перегревы и даже ожоги. По этой причине сидение или кровать для больного при проведении процедур УВЧ – терапии не должна иметь металлических частей, а кольца, шпильки, иголки и другие металлические предметы, находящиеся у больного, должны быть удалены, если они расположены близко к области воздействия.
Особую осторожностьследует соблюдать, если у больного имеются зубные протезы, а также металлические осколки, шрапнель, оставшиеся в теле в результате ранений, травм. Сырая одежда и ее складки также могут вызвать местные перегревы, поэтому желательно одежду перед процедурой снимать, а влажную кожу – сушить.
Тепловой эффект в тканях организма может быть получен не только с помощью высокочастотного электрического тока (диатермия) или электрического поля (УВЧ - терапия), но и при воздействии высокочастотным магнитным полем за счет явления электромагнитной индукции. Соответствующий метод называется индуктотермией. Магнитное поле при индуктотермии создается с помощью катушки (индуктора), обтекаемой высокочастотным током.
При действии переменного магнитного поля в тканях организма наводится электродвижущая сила индукции, вызывающая образование в них так называемых вихревых токов. На создаваемом этими токами тепловом эффекте и основан метод индуктотермии. Наибольшее образование тепла при индуктотермии, в отличие от УВЧ – терапии, происходит в тканях с большей проводимостью, т.к. в жидких средах (кровь, лимфа), а также в снабжаемых ими тканях, например, в мышечной.
Бесконтактное воздействие и преимущественное выделение тепла в мышечных и других глубоколежащих тканях (сравнительно со слоем кожи и жировой клетчатки) является важным преимуществом индуктотермии, которое обусловливает ее широкое применение. Однако, индуктотермии присущи и определенные ограничения. Выделение тепла в тканях пропорционально квадрату напряженности магнитного поля. Поскольку магнитное поле по мере удаления от витков спирали ослабляется, то и количество выделившейся теплоты в тканях быстро убывает с глубиной. Дозиметрия при индуктотермии сильно затруднена и осуществляется, в основном, по ощущениям самого пациента. Жжение в каком-либо ограниченном участке тела свидетельствует о том, что витки индуктора в этом месте слишком близко прилегают к телу, вследствие чего образуется участок с повышенной напряженностью поля и, следовательно, более интенсивным образованием тепла. В этом случае зазор между индуктором и телом больного в соответствующем месте должен быть увеличен.