Лечебные электронные системы

Одним из наиболее широко распространенных методов лече­ния и профилактики заболеваний являются методы высокочастот­ной терапии. Это воздействие на ткани и органы высокочастотных электромагнитных колебаний. По­лучают элек­тромагнитные колеба­ния с помощью колеба­тельного контура.

Идеальный колебательный контур состоит из ка­тушки индуктивности и конден­сатора. Если за­рядить конденсатор такого контура, то в нем воз­никнут периодически повторяющиеся процессы перехода электрического поля конден­сатора в энергию магнитного поля катушки и обратно по­средством электрического тока. При определен­ных условиях от колебательного контура в про­странстве будет распространятся электромагнит­ная волна. Совокупность этих физических фак­торов и носит название электро­магнитных коле­баний. Изменение этих факторов в идеальном колебательном контуре происходит по гар­мони­ческому закону. Период колебаний в контуре оп­ределяется емкостью конденсатора и индуктив­ностью катушки по известной формуле Томсона Т = 2π(LC)^1/2

В реальном колебательном контуре присутствует активное со­противление, поэтому колебания в нем будут затухающими. Если периодически за­ряжать конденсатор контура, то после каждой за­рядки в нем будет возникать залп высокочас­тот­ных затухающих колебаний. Воздействие на ткани и органы человека затухающими колеба­ниями тока называется местной дарсонвализа­цией. Аппа­рат для воздействия носит название генератор Д'Арсонваля. Периодическая зарядка конденсатора контура с ударным возбуждением осуществляется с помощью генератора прямо­угольных импульсов. Частота повто­рения пря­моугольных импульсов 50 Гц. Частота высоко­частотных колебаний тока в контуре 110 кГц. Во вторичной катушке наво­дится ЭДС индукции напряжением 20 - 30 кВ. Воздействие осу­ществ­ляется стеклянным электродом, запол­неным воз­духом при давлении 0,1 - 0,5 мм. рт. ст. Второго электрода нет, однако цепь замкнута через воз­душную сре­ду, которую можно пред­ставить в виде конденсатора (пунктирные линии). Дейст­вующим фактором является высокочастотный разряд (ток), возникающий между элект­родом и поверхностью тела па­циента. Интенсивность вы­сокоча­стотного разряда меняется от "тихого", вы­зывающего тонизи­рующее действие на нервные ре­цепторы кожи и слизистой, до слабого искро­вого, оказы­вающе­го уже раздражающее, а в от­дельных случаях легкое прижига­ющее действие. Для получения незатухающих колебаний необхо­димо периоди­чески пополнять энергию конту­ра от постороннего источника напряжения. Для этих целей ис­пользуется генератор электри­чес­ких колебаний.

Генератор состоит из:

1.Колебательного контура;

2.Триода с катушкой обратной связи;

3.Источника постоянного электрического напря­жения.

При подключении источника питания конденса­тор контура за­ряжается до определенного на­пряжения и в контуре возникает ток, изме­няю­щийся по гармоническому закону. В первой чет­вер­ти периода ток в контуре возрастет от 0 до Jmax. В этот период времени в катушке связи ин­дуцируется ЭДС, приложенная "+" к сетке, лампа открыта, происходит пополнение энергии кон­тура. Во второй четверти периода ток умень­ша­ется от Jmax. до 0. В ка­тушке связи возникает ЭДС, приложенная "-" к сетке, лампа зак­рыта. Далее процесс повторяется. Таким образом, за период лам­па дважды бывает открыта, в это время и происходит пополнение энергии контура и в нем возникают незатухающие электромаг­нитные колебания. Лампа с катушкой обратной связи играет роль своеобразного ключа, только в определенные моменты, открыва­ющего доступ энергии от источника питания к контуру, они иг­ра­ют роль механизма обратной связи. В генера­торах, используемых в медицинских целях, к контуру генератора индуктивно под­ключа­ется терапевтический контур. В нем возникают вы­нужденные ко­лебания, частота которых опреде­ляется контуром автогенератора. Терапевтиче­ский контур и контур автогенера­тора настроены в ре­зонанс. Описанный генера­тор используется в следующих методах высоко­частотной терапии: диатермия, индуктотермия, УВЧ-терапия, мик­роволновая и ДВЦ-терапия.

Диатермия — это ме­тод воздействия на ткани организма высокочастот­ного электрического тока. Способ воз­действия контактный. Час­тота колебаний 1-2 МГц (в России - 1,625 МГц).

Эффект - тепловой, механизм выделения тепла связан с увеличе­нием колебательного движения ионов в проводящих тканях орга­низма при про­пускании высокочастотного тока. Количество выде­ленного тепла определяется по формуле

Q = kσ²/γ

где k - коэффициент пропорциональности, зави­сящий от выбора единиц, σ = J / S — плот­ность тока на электродах, γ - удельная проводи­мость ткани. Так как количество теплоты обратно про­порционально удельной проводимости, наи­больший тепловой эф­фект происходит в плохо проводящих тканях (подкожный жировой слой, клетчатка, некоторые соединительные ткани). Теплообразо­вание можно значительно усилить, если сделать площадь одного или обоих электро­дов очень малой. В этом случае под электро­дом ткань разрушается (разрезается). Этот эффект ис­пользуется в методе хирургиче­ской диатермии. При "электрическом" разрезе одновременно про­исходит коагуляция кровенос­ных сосудов, по­этому метод хирургической диатермии называют диатермокоагуляция. Воздействие на ткани орга­низма переменным высокочастот­ным магнит­ным полем называется индуктотермией.

Ка­тушка L_B в зависимости от области воздейст­вия может иметь раз­личную форму и размеры. Магнитное поле, создаваемое в этой катушке на­водит в проводящих тканях организма высо­ко­частот­ные замкнутые вихревые токи. Эти токи и вызывают эффект теп­лообразования. Количе­ство выделенной теплоты определяется форму­лой Q = kv²B²γ . Этот метод лечения используется для воздействия на хорошо проводящие ткани (мы­шечная, нервная ткань, кровеносные сосу­ды). При индуктотермии используется частота 10 - 15 МГц.

При УВЧ - терапии происходит воздействие пе­ременным высокочастотным электрическим по­лем, частотой 40 - 50 МГц.

При воздей­ствии такого поля в проводящих тка­нях усиливается колебательное движение ионов, в непроводящих - вращательное движение ди­польных молекул, в результате чего выделя­ется теплота. Формулы теплообразования:

- для проводящих тканей: Q = kЕ²γ , Е - напря­женность электрического поля,

- для ди­электрических тканей: Q = kvεε₀E²tg δ , ε ₀ - диэлектрическая постоянная, ε - относительная диэлектрическая проницаемость, v - частота, δ - так называемый угол потерь, он определяет от­ставание по фазе вращения дипольных моле­кул от изменения электрического поля.

В микроволновой и ДЦВ-терапии использу­ется открытый ко­лебательный контур. В про­стейшем виде это обычный прямой проводник (антенна). Такой контур способен излучать на­правлен­ный поток электромагнитных волн.

Используемая ча­стота 460 МГц , 2375 МГц. Эф­фект воздействия тепловой. Способ воздейст­вия бесконтактный.

В современной физиотерапии все большее зна­чение приобре­тает применение импульсных токов. Импульсы прямоугольной формы полу­чают с помощью импульсных генераторов — муль­тивибраторов.

Он состоит из двух одинаковых триодов. За счет обратной связи анодов с сетками противополож­ных триодов, ток в этих триодах "мгновенно" увели­чивается до Jmax, а затем также быстро уменьшается до 0. Импуль­сы прямоугольной формы возникают на обоих триодах, но они про­тивофазны.

Основными характеристиками импульсных токов являются:

а. Амплитуда тока - А,

б. Период импульса - Т,

в. Длительность импульса - t,

г. Частота повторения импульсов - v = 1/Т,

д. Длительность паузы между импульсами - t₀,

е. Скважность — это отношение периода им­пульса к его дли­тельности

∆ = T/t

Для получения импульсов других форм исполь­зуются диффе­ренцирующие и интегрирующие цепочки. Это после­довательно соединенные кон­денсатор и активное сопротивление. Цепочки ха­рактеризуются

постоянной τ = R С. Величина этой константы и определяет форму импульса. Физиологический эффект воздействия импульсов тока состоит в том, что на каждый отдельный импульс ткань от­вечает адекват­ным ответом (раздражением). Для каждой ткани в координатах амплитуда — дли­тельность импульса определяют границу раздра­жения.

Выше кривой существует адекватный ответ, ниже ткань не раздражается. С этой точки зрения существуют фи­зиологические параметры раз­дражения:

1. Реобаза (Аm) - это минимальная амплитуда импульса при бесконечно большой его длитель­ности, которая вызывает адекват­ный ответ.

2. Хроноксия (tm) - это минимальная длитель­ность импульса при двойной реобазе, которая вызывает адекватный ответ.

3. Лабильность (vmin) - это минимальная частота импульсов, на каждый из которых ткань отвечает адекватным ответом. Выше этой частоты (так на­зывае­мый гладкий тетанус) ткань "не успевает" расслабится и находится в постоянном раз­драже­нии.

4. Адаптация (S) - свя­зана со временем нараста­ния переднего фронта им­пульсов (крутизны). При не­которой достаточно малой крутизне ткань не отвечает адекватным ответом, хотя реобаза, хроноксия и лабильность соот­ветствует гранич­ной.

Врачу необходимо знать физические параметры импульсов возбудимости для грамотного и эф­фективного использования их для лечения забо­леваний.

Электростимуляция импульсными токами ис­пользуется:

1. Для компенсации временно утраченной функ­ции (например, при потере электровозбуди­мости мышцы в результате травмы).

2. Для усиления функции (например, при значи­тельной утрате функции сокращения миокарда больному "вшивают" генератор прямоугольных импульсов — стимулятор сердечной деятельно­сти).

3. В некоторых случаях стимуляция использу­ется при полной утрате функции.

4. Для подавления функции (аппарат электросон, электро­анальгезия родов и др.).

Магнитотерапия- это воздействие на ткани ор­ганизма по­стоянным или переменным низко­час­тотным магнитным полем (МП). Для этих целей используются постоянные магниты (магни-тоэл­ласты) и соленоиды (катушки индуктивности), на которые по­дается постоянное или переменное, порядка 50 Гц, электрическое напряжение. Ме­ханизм размена энергии магнит­ного поля (пер­вичный эффект) далеко не выяс­нен. Однако бла­годаря усилиям медиков и магнитобиологов в последние годы выявлены многие физиологиче­ские эффекты при действии магнитного поля на био­объекты. Магнитное поле действует на пара­магнитные элементы тканей, такие как О, Fe, Mn, которые участвуют в окислительных реакциях, что ведет к улучшению обменных процессов. Значи­тельно усиливаются ионизационные про­цессы в МП, усиливается движение заряженных частиц и силы трения о клеточную мембрану, что повышает проницае­мость ее, усиливает внутри­клеточ­ный и межкле­точный обмен. Обнаружено также, что магнито­терапия обладает ярко выра­женным противовос­палительным, анальгези­рующим и противоотеч­ным действием, способ­ствует улучшению трофики, ускорению процес­сов регенерации тканей, эпитализации язвенных поверхностей, более быстрому заживле­нию ран. Действие МП ведет к увеличению количества функцио­нирую­щих капилляров, кровонаполне­нию, ускорению тканевого кровотока, улучше­нию насыщения артериальной крови кислоро­дом и т. д. В резуль­тате исследования последних лет обнаружено, что главным в механизме действия МП на молекулярном уровне явля­ется блок: бе­лок — ионное окружение — вода, на тканевом и органном уровне основной точкой воздействия является микро-циркуляторное русло.

Метод лечебного воздействия постоянным током небольшой величины (напряжение 60—80 В) но­сит название гальванизация. Первичное дейст­вие постоянного тока на ткани организма связано с перераспределением ионов на полу­проницае­мых и не проницаемых тканевых перегородках — это явление называют по­ляризацией. Пере­распределение ионов приводит к функциональ­ным сдвигам в различных элемен­тах тканей. Ап­парат для гальванизации представ­ляет собой двухполупериодный выпрямитель 1 со сглажи­вающим фильтром 2 и регулирующе- регистри­рующей частью 3.

При проведении процедуры, во избежание при­жигающего действия продуктами электро­лиза и лучшего контакта с кожей, под электроды поме­щают марлевые прокладки, смоченные физ­рас­твором. Оптимальный ток для проведения про­цедуры определяется толь­ко по ощущению па­циента - легкое покалывание под электродами. Одновременно с гальванизацией часто исполь­зуют введение лекарственных и питательных веществ в организм (ионы йода, ме­таллы, пени­циллин и др.) в ионном виде. Этот метод назы­вают ионогальванизацией или лечебным электрофорезом. Препарат вводится с элек­трода, знак которого имеют вводимые ионы: с ка­тода - катионы, с анода анионы.

Воздействие ультразвуком частотой 880 кГц и 2640 кГц назы­вается ультразвуковой терапией. Воздействие осуществляется через специальные звукопроводящие пасты. В современных УЗ-ап­паратах

интенсивность меняется в пределах (0,1 - 1,6) Вт / см². Разли­чают три вида первичных эффектов при действии ультразвука на живые ткани: меха­нический, тепловой, химический. Механи­ческое действие обусловлено колебанием частиц ткани (микромассаж). При этом происходит изменение взаимного рас­положения клеточных структур, что приводит к изменению их функ­ций. Тепло­вое действие связано с поглощением УЗ - энер­гии в мышечных и особенно костных тканях, в первую очередь, при кавитационных явлениях. Химическое действие проявляется в изменении интенсивности окислительных процессов, усиле­нии диффузии и др. Отдельное место среди ле­чебных методов занимают физические явления, возникающие в газах и газовых смесях. Всем из­вестно, что в обычных условиях атомы и моле­кулы газов являются нейтральными, не заряжен­ными. Превращение нейтральных атомов в заря­женные частицы осуществляется под действием физико-химиче­ских факто­ров, таких как реакция горения, электрические разряды, различного вида излуче­ния. Ионизационный эффект определя­ется:

1. Свойствами самих атомов, так называемой энергией иони­зации. Эта энергия величина таб­личная и весьма значительно раз­личается для различных газов.

2. Свойствами излучения - интенсивностью ио­низации: коли­чеством пар ионов, возникаю­щих в единице объема газа за еди­ницу времени под действием ионизатора.

В первую очередь рассмотрим процессы, возни­кающие в ок­ружающей нас газовой среде — ат­мосферном воздухе. Известно, что в 1см³ воздуха постоянно присутствует около 1000 пар ионов, однако воздух при этих условиях не является проводником, т.к. всего в 1см³ воздуха присутст­вует 2, 7 10¹⁹ атомов и молекул, и 1000 пар ионов образуют слишком слабый ток. Вопрос состоит в том, откуда берутся эти ионы? Выявлено, что на молекулы возду­ха постоянно действуют два вида физических факторов, так назы­ваемые постоянно действующие иониза­торы.

1. В почве, воздухе, воде всегда присутствуют радиоактивные элементы, излучения которых в виде α, β, γ, - излучений и созда­ют ионы воздуха. Интенсивность ионизации радиоактивного излу­чения 8 пар/ (см³с).

2. Космические лучи. Первичные космические лучи это час­тицы с огромной энергией (порядка 10'°- 10¹⁸ эВ), которые "при­летают" к нам из кос­мического пространства. Они взаимодейству­ют только с атомами верхних слоев атмосферы, раз­бивая их. В ре­зультате такого взаимодействия возникают вторичные космические лучи, кото­рые подразделяются на жесткие и мягкие. К же­стким относится: поток промежуточ­ных по массе частиц - мезонов, к мягким - электроны, γ - фо­тоны. Вторичные космические лучи дости­гают поверхности земли и создают 2 пары ионов/ (см³с). Таким образом, постоянно действующие ионизаторы создают 10 пар ионов в 1см³ воздуха за 1 с. В воздухе как и в любом газе существует и обратный процесс - рекомбинация. При дости­жении около 1000 пар ионов в 1см³ процессы ио­низации и рекомбинации уравниваются. Что же из себя представляют ионы воздуха или, как их называ­ют, аэроионы? Различают легкие и тяже­лые аэроионы. Легкие аэроионы это мелкие за­ряженные частицы воздуха (ионы, части­цы воды), окруженные полярными молекулами воз­духа. Тяжелые аэроионы это частицы дыма, пыли, на которые осаждаются лег­кие аэроионы. И легкие и тяжелые аэроионы, могут быть как по­ложительными так и отрицательными. Тяже­лые аэроионы оказы­вают отрицательное дейст­вие на организм. Из легких лечебное действие оказывают только легкие отрицательные аэро­ионы. Для характеристики здоровости атмосфер­ного воздуха вводится специ­альная величина - коэффициент униполярности.

k = n⁺/n^-

где n⁺ - концентрация легких положительных аэ­роионов, n^- — концентрация легких отрица­тель­ных аэроионов. В чистом загородном воздухе k = 1-1,2, у фонтанов, водопадов, у моря k < 1, в пе­щерах, подземельях, в плохо проветри­ваемых помещениях к дос­тигает 10—20.

Метод воздействия легкими отрицатель­ными аэроионами с лечебными целями назы­вают аэроионотерапией.

Аэроионы получают искусственным путем в ос­новном 3 спо­собами.

1.Чистый сухой воздух продувают через аэроди­намическую трубу. В начале трубы находится радиоактивный препарат, излу­чение которого ак­тивно ионизирует воздух. Легкие положитель­ные аэроионы "убираются" отрицательно заряжен­ным цилинд­ром. На выходе трубы создается по­ток воздуха, активизирован­ный легкими отрица­тельными аэроионами.

2.Получение аэроионов возможно при механиче­ском дробле­нии воды, так называемый балло­электрический эффект, который состоит в том, что капли воды при ударе о неподвижную пре­гра­ду делятся на крупные, заряженные положи­тельно, они опускают­ся на поверхность жидко­сти и мелкие, заряженные отрицательно, они на­ходятся во взвешенном состоянии в воздухе и представля­ют собой легкие отрица­тельные эрои­оны. Прибор для этих целей называется гидроаэ­роионизатор.

3. Третий способ основан на электроэффлюви­вальном эффек­те - это образование аэроионов в электрическом поле большой напряженности (свыше 20000 В/см). Получить такое поле можно на острие металлического проводника - кондук­тора. Под действием этого поля те тысяча пар ионов, которые постоянно находятся в 1 см3 воз­духа, начинают двигаться с такой скорос­тью, что при столкновении с нейтральными атомами, ио­низиру­ют их. Процесс образования новых ионов идет быстро (лавинио). Положительные ионы двигаются к острию и, подходя к нему, ней­трали­зуются. Происходит явление "стекания зарядов" с острия. Отрицатель­ные ионы двига­ются от ост­рия, захватывая и нейтральные молеку­лы воз­духа, образуется "электрический ветер". Весь описанный процесс называется тихий коронный разряд. На этом принципе разработан медицин­ский аппарат электростати­ческий душ. За счет повышающего трансформа­тора (ТР) и выпрями­теля (D) между головным и ножным электро­дами создается постоян­ное напряжение (30-60) кВ. Головной электрод выполнен в виде тонких стержней с острием, на которых образуются лег­кие отри­цательные аэроионы. Сопротивление R служит для безопас­ности пациента от поражения током. Кроме аэроионов в электростати­ческом душе на орга­низм пациента действует электриче­ское поле высокой напряженности, которое вы­зывает явление поляризации в диэлектрических тканях и микротоки в проводящих тканях. Этот метод многие называют франклинизация. Пер­вичный эффект действия легких отрицательных аэроио­нов состоит в раздражающем (тонизи­рующем) действии на рецепто­ры кожи и слизи­стых. Во всех лечебных учреждениях широко использу­ется ртутно - кварцевая лампа (среди медицин­ских работников она называет­ся "кварц", "УФО", бактерицидная лампа). Лампа представляет собой трубку из кварцевого стекла, в которую впаяны два элект­рода.

Трубка заполнена аргоном и содержит неболь­шое количество ртути. Питается трубка от сети переменного на­пряжения. Катушка L и конден­сатор С служат для облегчения за­жигания лампы (явление резонанса напряжения). В начальный момент после подключения напряжения между электродами воз­никает тлеющий разряд в атмо­сфере аргона. Он начинается засчет единич­ных ионов и электронов и поддержива­ется за счет ударной иони­зации атомов аргона. За­тем за счет бомбардиров­ки ионами разогреваются элек­троды, повышается температура трубки, ртуть начинает испаряться. В трубке возникает мощ­ный электрический разряд, про­исходит ударная ионизация атомов паров ртути. Ионизи­рованные атомы ртути создают излучение в ультрафи­оле­товой области и частично синефио­летовой части спектра. Спектр излучения линейчатый. Частота излучения зависит от дав­ления парогазовой смеси внутри трубки. В трубках высокого дав­ле­ния (150 - 400) мм. рт. ст. длина волны УФ излу­чения 365 нм. Это излуче­ние используется как лечебное средство и средство ук­репления и зака­ливания организма. В трубках низкого давления (0,01 - 1) мм. рт. ст. длина волны 253,7 нм. Такие трубки использу­ются как бактерицидные лампы для уничтоже­ния бактерий, гриб­ков, вредных микроорганиз­мов, а также в хирургических, сто­мато­логиче­ских кабинетах, перевязочных и т.д.