Лекция №16 высокочастотная электротерапия и электрохирургия.

1. Воздействие радиоволн на биологические структуры.

Всевозможные электромагнитные (ЭМ) волны, распространяющиеся во Вселенной (в том числе и в условиях Земли), можно представить в виде единой шкалы. Вся шкала условно подразделена на 6 диапазонов: радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и γ- излучение. Самым длинноволновым участком шкалы являются радиоволны. Их длина волны составляет 10³-10^-3 м, а частота - 3·10⁵-3·10¹¹ Гц. Необходимо иметь в виду, что эти границы приняты условно. Радиоволны делятся на длинные, средние, короткие, УВЧ и СВЧ диапазоны.

Интерес медиков к ЭМ волнам высокой частоты (ВЧ – 200 кГц-30 МГц), ультравысокой частоты (УВЧ – 30-300 МГц) и сверхвысокой частоты (СВЧ – свыше 300 МГц) – такое деление принято в медицине, стал проявляться в связи с развитием радиовещания на этих частотах, когда было замечено их влияние на обслуживающий персонал: повышение температуры тела, ломота в суставах, потливость, сонливое состояние и др.

Искусственными источниками радиоволн являются радиовещательные и телевизионные станции, радиолокаторы и спутниковые системы связи. Для создания ЭМ волн имеются специальные генераторы, основной частью которых является колебательный контур, состоящий из конденсатора емкостью C и катушки индуктивности с индуктивностью L. Частота ν колебательного контура определяется формулой Томсона и зависит только от С и от L.

На частоте около 10¹⁰ Гц эти станции могут давать мощность до 30-10⁹ Вт в импульсе. Для человека интенсивность радиоволн 0,1 Вт/м² считается безопасной. Однако, в зонах, где интенсивность достигает 100 Вт/м², пребывание человека запрещено по нормам, установленным Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ).

При прохождении ЭМ волн через слой вещества толщиной х интенсивность волны I уменьшается согласно закона Бугера I=I₀e^-μx, где μ - коэффициент ослабления. Величина μ зависит от природы вещества и длины волны.

Эти ослабления вызваны тем, что часть энергии радиоволн при их взаимодействии с биологическими структурами превращается в теплоту. Выделение теплоты происходит за счет генерации переменных токов проводимости в электролитах (крови, лимфе, цитоплазме клеток) и за счет поворота дипольных молекул диэлектриков тканей организма, т.е. за счет поляризации.

Особенностью распространения радиоволн в живых организмах является сильная зависимость электрических свойств (диэлектрической проницаемости  и удельной проводимости γ) от частоты. При действии на ткань волн УВЧ и СВЧ отмечается их быстрое затухание и быстрое превращение их энергии в тепло.

Эффект взаимодействия радиоволн с биологическими тканями используется в физиотерапии и электрохирургии. Действие ЭМ волн на вещество осуществляется различными способами в зависимости от расположения ткани относительно элементов колебательного контура. Рассмотрим эти способы.

2. Нагревание проводников высокочастотным током. Диатермия. Электрохирургия. Дарсонвализация.

П ри нагревании высокочастотным током биологическая ткань с удельным сопротивлением  располагается между двумя электродами, площадью S, которые непосредственно накладываются на ткань (рис.1). Расстояние между электродами – l.

В соответствии с законом Джоуля-Ленца, количество теплоты Q, которое выделяется при прохождении по проводнику с сопротивлением R силы тока I за время t, будет равно:

,

где - плотность тока; V=S·l – объем ткани.

Разделив Q на объем и время, получим количество теплоты q, выделяющееся в единицу времени в единице объема вещества:

.

Следует иметь в виду, что для синусоидального переменного тока величина j представляет собой эффективное значение плотности тока, т.е. , где j₀ – амплитудное значение плотности тока.

а) Диатермия.

Пропускание токов высокой частоты через ткань используют в физиотерапевтических процедурах, называемых диатермией (греч. – диа – через + терме – жар). При диатермии применяют ток частотой от 1 до 1,5 МГц, напряжением 100-250 В, силой тока от 1 до 3 А. Диатермия позволяет повысить локальную температуру тканей на 2-5⁰С. Диатермическое повышение температуры приводит к расширению кровеносных сосудов, т.е. к увеличению кровообращения, а также к активизации ряда биологических процессов. Так как кровь, мышцы, печень, легкие обладают небольшим удельным сопротивлением, то они нагреваются слабо. Кожа и подкожная клетчатка имеют большое удельное сопротивление, поэтому нагреваются сильнее. Такое непродуктивное выделение теплоты в коже и подкожной клетчатке является недостатком диатермии. Кроме того, метод диатермии предполагает очень плотный контакт участка тела пациента с электродами. При нарушении контакта могут возникнуть ожоги. По этим причинам в настоящее время диатермию заменяют другим более эффективными методами высокочастотного воздействия.

б) Электрохирургия.

В настоящее время токи высокой частоты (ν =1-2 МГц) используются для хирургических целей (электрохирургия). Они позволяют рассекать ткань (диатермотомия) или сваривать ткани (диатермокоагуляция). Электрическая схема такая же, как и при диатермии (рис.2).

Нижний электрод 1 имеет большую площадь и называется неактивным, а верхний электрод 2 имеет очень малую площадь, сделан в виде скальпеля или иглы и называется активным.

При электротомии рассечение тканей осуществляется в результате интенсивного парообразования тканевой жидкости в области, прилегающей к электроду 2. Плотность тока при электротомии доходит до 40 кА/м². Электрохирургия имеет перед обычной хирургией ряд преимуществ: малая потеря крови вследствие коагуляции стенок кровеносных сосудов; малые послеоперационные боли, вследствие сваривания нервных окончаний; бактерицидное действие.

При диатермокоагуляции коагуляционный эффект используется для сварки кровеносных сосудов, альвеол, для выжигания злокачественных опухолей и в других случаях. Плотность тока при коагуляции от 5 до 10 кА/м².

в) Дарсонвализация.

Метод лечения импульсными токами с частотой от 200 до 500 кГц при напряжении до 30 кВ и силе тока 15-20 мА называется местной дарсонвализацией. Метод получил название в честь предложившего его французского физика и биолога Ж.А.Д’Арсонваля. Форма импульсов показана на рис.3.

Электрическая схема дарсонвализации представлена на рис.4. Ток к пациенту П поступает от источника высокочастотных колебаний И через вакуумный или заполненный графитом стеклянный электрод Э.

В торого электрода нет, так как цепь замкнута через тело пациента и окружающую среду так называемыми токами смещения (пунктирное изображение конденсатора). Нагрев тканей при дарсонвализации практически незаметен, так как сила тока очень мала. При местной дарсонвализации происходит раздражение кожных рецепторов мелкими искрами, проскакивающими между телом пациента и электродом. Это вызывает расширение капилляров и артериол в зоне действия электрода, усиливает циркуляцию крови, стимулирует заживление ран и язв, улучшает обмен веществ, оказывает болеутоляющий эффект. Существенное действие оказывают поляризационные эффекты на клеточные мембраны.