ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ТЕРАПИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТА «АМПЛИПУЛЬС-4»
Цель работы: ознакомление с теоретическими основами низкочастотной электротерапии и применением её в медицине, изучение аппарата «Амплипульс».
Литература
Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: ГЕОТАР-Медиа, 2012. – С. 363-367.
Основные вопросы
1. Электротерапия постоянным током. Гальванизация, электрофорез.
2. Теоретические основы электростимуляции.
3. Ритмическое раздражение.
4. Амплитудно-модулированные импульсы.
5. Механизм лечебного действия синусоидально-модули-рованных токов.
1. Особенности токов, используемых в интерференцтерапии, диадинамотерапии и флюктуоризации.
К низкочастотным методам электротерапии, применяемым в медицине, относятся воздействия переменными и импульсными токами низкой (до 20 Гц) и звуковой (до 20 кГц) частоты.
Лечебный метод, при котором используется действие на ткани организма постоянного тока малой силы (десятки миллиампер), называется гальванизацией. В основе первичного действия постоянного тока на ткани организма лежат поляризационные явления, т.е. перемещение ионов тканевых электролитов вдоль силовых линий поля, в результате которого в тканевых элементах, прежде всего, внутри клетки и в окружающей её тканевой жидкости, происходит изменение концентрации ионов той или иной природы. Местное изменение концентрации ионов может влиять на кислотно-щелочное равновесие, водосодержание и другие физико-химические свойства тканей. Обычно гальванизацию совмещают с введением при помощи постоянного тока в ткани организма лекарственных веществ, образующих в растворе ионы или заряженные частицы. Растворами этих веществ смачивают прокладки под электродами. Процедура называется лечебным электрофорезом.
Электрическим импульсом называют кратковременное изменение силы тока или напряжения. Повторяющиеся импульсы называют импульсным током. При подпороговых значениях импульсные токи оказывают такое же действие, как гальванические токи, а при надпороговых значениях наблюдается эффект электростимуляции.
Применение электрических воздействий с целью возбуждения живой ткани называется электростимуляцией. Раздражение электрическими импульсами определённой формы и силы вызывает у живой ткани такую же реакцию, как и естественное возбуждение. В основе действия электрического тока на ткани организма лежит изменение распределения ионов по обе стороны клеточной мембраны, приводящее к возникновению потенциала действия клеток. В связи с этим в клетке происходит ряд биофизических процессов, вызывающих её возбуждение.
Установлено, что постоянный ток при установившейся силе тока возбуждающего действия не оказывает. Раздражение вызывается при изменении силы тока и зависит от скорости, с которой это изменение происходит, т.е. обусловлено ускорением при перемещении ионов тканевых электролитов (закон Дюбуа-Реймона). Поэтому для электростимуляции используют кратковременные электрические импульсы тока или напряжения. Применяются одиночные импульсы, посылки (серии), состоящие из определённого числа импульсов, а также импульсы, повторяющиеся ритмически с определённой частотой.
В медицине различают лечебную электростимуляцию и электродиагностику. Электродиагностика использует электровоз-будимость тканей для изучения функционального состояния органов и систем, преимущественно нервной и мышечной. При этом используют в основном одиночные импульсы или ритмически повторяющиеся одиночные импульсы.
Раздражающее действие одиночного импульса тока зависит от его амплитуды, длительности и формы (крутизны нарастания импульса). Минимальное значение силы тока, которое вызывает первичную реакцию возбудимой ткани, называется пороговой силой тока (Iп). Между пороговой силой тока и длительностью импульса (tи) существует зависимость, которая описывается уравнением Вейса-Лапика:
,
где a, b – некоторые параметры, зависящие от природы возбудимой ткани и её функционального состояния.
| Iп |
| t |
| D A |
| F C |
| E |
| B |
Рис. 1. Зависимость пороговой силы тока от длительности импульса.
Минимальное значение порогового тока, способное вызвать возбуждение, называется реобазой (A). Предельно кратковременные импульсы не оказывают раздражающего действия независимо от их амплитуды, поэтому в качестве характеристики времени раздражения вводится понятие хронаксии. Время, в течение которого должен действовать ток удвоенной реобазы, чтобы вызвать возбуждение, называется хронаксией (F). Величина хронаксии зависит от сопротивления и ёмкости мембраны, а также от временной константы активации натриевых и калиевых каналов. Хронаксия и реобаза характеризуют возбудимость органа или ткани и служат показателями их функционального состояния, следовательно, могут использоваться в качестве диагностических признаков при ряде заболеваний.
Способность тока вызывать возбуждение ткани зависит и от формы импульсов. Увеличение крутизны фронта импульса ведёт к уменьшению пороговой силы тока. Это объясняется явлением аккомодации - приспособлением ткани к постепенно нарастающей силе раздражения. Способность к аккомодации тканей также зависит от их функционального состояния и снижается при их патологических изменениях. Для таких тканей более физиологичными являются постепенно нарастающие импульсы.
Для лечебной электростимуляции, как правило, применяется ритмическое раздражение. При этом характеристики импульсов - длительность, форма и частота - должны соответствовать параметрам оптимальной электровозбудимости стимулируемых образований. Например, импульсные токи прямоугольной формы с длительностью 0,1-1,0 мс и частотой 5-150 Гц используются для лечения электросном, токи с tи = 0,8-3,0 мс и ν = 1,0-1,2 Гц применяют в имплантируемых стимуляторах, токи треугольной формы с tи = 3-6 мс и ν = 8-80 Гц применяют для возбуждения мышц, в частности, при электрогимнастике.
С повышением частоты импульсного тока уменьшается длительность его импульсов и, соответственно, снижается раздражающее действие, т.е. пороговый ток увеличивается. При частотах порядка нескольких сотен кГц (приблизительно более 500 кГц) переменный ток уже не оказывает раздражающего воздействия, т.к. максимальное смещение ионов делается соизмеримым со смещением ионов в тепловом движении. Такой ток используется для прогревания глубоко лежащих тканей.
В настоящее время, кроме простых форм импульсных токов, получили распространение более сложные виды.
Амплипульс-терапия представляет собой применение для лечебных целей синусоидальных модулированных по амплитуде электрических токов. Амплитудная модуляция имеет место, когда амплитуда гармонических незатухающих колебаний периодически изменяется каким-либо процессом, частота которого значительно меньше частоты самих колебаний. Если амплитуда изменяется по гармоническому закону, то колебания называются синусоидально-модулированными. Первоначальное колебание с большей частотой называется несущим. Частота периодического изменения амплитуды называется частотой модуляции. Модуляцию можно представить себе как процесс наложения колебаний (рис. 2).
| I |
| I min |
| I max |
Рис. 2. Амплитудная модуляция:
А - ток несущей частоты; Б - модулирующий ток; В - амплитудно-модулированный ток.
При амплитудной модуляции
i = I ( 1 + Mcos Ωt)sinωt,
где i - мгновенное значение тока; I( 1 +McosΩt) - амплитудное значение несущих колебаний тока; Ω - угловая частота модулирующего тока; ω - угловая частота несущих колебаний тока; М - коэффициент модуляции, характеризующий амплитуду модулирующих колебаний:
.
Токи, используемые в амплипульс-терапии, являются синусоидальными с несущей частотой от 2 до 5 кГц, а модулируются они по амплитуде низкими частотами в пределах от 10 до 150 Гц.
Механизм лечебного действия синусоидально-модулированных токов
Лечебное воздействие синусоидально-модулированных токов (СМТ) складывается из обезболивающего эффекта и эффекта нормализации кровообращения в тканях, возникающих при электростимуляции мышц и нервов. Основное лечебное возбуждающее действие оказывают модулирующие колебания, а высокочастотные несущие колебания обеспечивают прохождение низкочастотной составляющей через кожные покровы вглубь ткани. Это связано с тем, что кожа, обладая высоким активным сопротивлением, плохо пропускает токи низкой частоты.
В то же время, имея значительную ёмкость, кожа относительно легко пропускает токи высокой частоты. Поглощение энергии СМТ происходит в глубоко расположенных тканях на всём пути прохождения тока, однако наиболее чувствительны к СМТ нервы и мышцы. Характер ощущений при процедуре зависит от частоты модуляции, которая выбирается таким образом, чтобы частота колебаний тока была близка к частоте потенциалов действия нервов. Сами по себе эти ощущения обычно напоминают вибрацию или покалывание. При этом рефлекторно через центральную нервную систему и в результате прямого влияния СМТ на чувствительные и вегетативные нервные волокна кровеносных сосудов происходит активизация кровообращения.
Обезболивающий эффект СМТ обусловлен, с одной стороны, доминированием вибрационных ощущений над болевыми, а с другой - связан с нормализацией кровообращения тканей (главным образом за счёт уменьшения их отёчности), содержащих чувствительные нервные окончания.
Метод интерференцтерапии заключается в одновременном воздействии на больного двумя токами неодинаковых частот, подводимых к телу через две пары электродов таким образом, чтобы их пути внутри тканей встречались. При этом используются переменные синусоидальные токи с частотами от 3 до 5 кГц, причём частота одного тока постоянна, а другого - автоматически изменяется с отклонением от номинального значения на заданную величину в пределах до 200 Гц. В результате взаимодействия обоих токов в те моменты, когда направления колебаний совпадают, происходит их сложение и амплитуда колебаний увеличивается. В те же моменты, когда при одинаковой амплитуде колебания токов имеют противоположную направленность, они взаимно уничтожаются. При частичном расхождении в направлении колебаний обоих токов, образуются колебания с промежуточными величинами амплитуд от нуля до максимума. В результате этого вместо двух токов одинаковой интенсивности внутри тканей образуется новый среднечастотный переменный ток. Амплитуда колебаний этого тока периодически изменяется и образует так называемые биения. Именно они вследствие низкой частоты оказывают возбуждающее действие на ткани организма, способствуя улучшению кровообращения, обмена веществ, уменьшению болей. Частота биений в течение процедуры может быть постоянной или периодически изменяться (рис. 3).
Рис. 3. Образование интерференционных токов:
а - исходные токи; б - процесс образования биений; в - интерференционные токи с постоянными биениями; г - интерференционные токи со спектром биений.
Диадинамотерапия заключается в воздействии на ткани пациента переменными по величине и постоянными по направлению импульсными токами следующих видов (рис. 4):
Рис. 4. Виды токов, используемых в диадинамотерапии:
а - однополупериодный непрерывный; б - двухполупериодный непрерывный; в - однополупериодный ритмический; г - однополупериодный волновой; д - двухполупериодный волновой; е - токи, модулированные короткими периодами; ж - токи, модулированные длинными периодами.
Наиболее характерными являются обезболивающий и электростимулирующий эффекты.
Флюктуоризация - применение с лечебной целью переменного частично выпрямленного или выпрямленного тока низкого напряжения (до 100 В) с хаотически изменяющейся частотой (от 100 Гц до 2 кГц) и амплитудой. Эти токи имеют шумовой спектр. Применяют три формы флюктуирующего тока (рис. 5).
Рис. 5. Виды токов, используемых в флюктуоризации:
а - биполярный симметричный с одинаковой величиной импульсов обеих полярностей; б - биполярный несимметричный, две трети импульсов в котором отрицательные; в - однополярный, в котором полностью отсутствуют импульсы одной из полярностей (можно применять для введения в организм ионов лекарственного вещества - флюктуофореза).
Особенностью действия флюктуирующих токов на организм является то, что благодаря беспорядочному изменению их параметров на протяжении всего времени воздействия в тканях не развиваются явления адаптации. Флюктуирующие токи интенсивно раздражают рецепторы, что сопровождается безболезненным асинхронным, неравномерным по силе сокращением мышечных волокон. При этом отмечается незначительное повышение температуры тканей, усиление кровообращения. Таким образом, флюктуирующие токи могут быть использованы как в качестве средства лечения острых воспалительных процессов, так и для повышения тонуса нервных и мышечных образований.
Практическая часть
Оборудование: аппарат «Амплипульс-4», осциллограф, электроды.
Меры безопасности при работе с аппаратом «Амплипульс-4»
Запрещается прикасаться к корпусу аппарата при нажатой кнопке «Электроды» на панели прибора. Регулятор интенсивности тока в цепи пациента (ручка «Ток») перед началом работы, перед включением кнопки «Электроды», перед каждым переключением любых режимов должен быть установлен в крайнее левое положение. Запрещается замена проводов при включённой кнопке «Электроды». Категорически запрещается соединять корпус аппарата с заземлением, а также прикасаться к заземленным приборам при установленных электродах.
Описание прибора
Аппарат «Амплипульс-4» состоит из генератора высокой частоты, генератора регулируемой низкой частоты, модулятора, усилителя, коммутатора для получения различных режимов работы, измерителя тока в цепи, блока питания.
Генератор высокой частоты вырабатывает синусоидальное напряжение частотой 5000 Гц, а генератор низкой частоты - напряжение синусоидальной формы фиксированных частот: 30, 50, 100, 150 Гц. В модуляторе напряжение с частотой 5000 Гц модулируется напряжением низкой частоты. Модулированное напряжение поступает на усилитель, затем подаётся на электроды. При помощи коммутатора производится переключение соответствующих цепей для получения одного из четырёх родов работы:
а) непрерывных модулированных колебаний с любой из вышеуказанных частот модуляции и при различных коэффициентах модуляции;
б) серий модулированных колебаний, чередующихся с паузами;
в) серий модулированных колебаний, чередующихся с сериями немодулированных колебаний с частотой 5000 Гц;
г) серий модулированных колебаний с любой из вышеуказанных частот модуляции, чередующихся с сериями модулированных колебаний с частотой модуляции 150 Гц.
Длительность серий и пауз устанавливается в пределах 1-1,5; 2-3; 4-6 с. Коэффициенты модуляции могут изменяться ступенчато от 0 до 100% и более. При коэффициенте модуляции более ста процентов промежутки между сериями модулированных колебаний с нулевыми значениями амплитуды расширены.
Задание I. Изучение осциллограмм синусоидальных модулированных токов, вырабатываемых аппаратом «Амплипульс-4»
1. Ручку «Ток» установите в крайнее левое положение. Установите невыпрямленный режим работы («Род работы» - I), частоту модуляции 50 Гц, коэффициент модуляции 100%. При этом кнопка «Пациент отключен - Контроль» - нажата. Кнопки «Длительность» - отключены.
2. Соедините кабелем разъём «Электроды» с входом осциллографа. Соедините вилку сетевого шнура аппарата «Амплипульс-4» с розеткой сети и нажмите на кнопку «Сеть». При этом должна загореться лампа индикатора включения диапазона «20».
3. Подсоедините сетевой шнур осциллографа к розетке электрической сети и включите тумблер «Питание».
4. На панели аппарата «Амплипульс-4» нажмите на кнопку «Электроды».
5. Плавно вращайте ручку «Ток» по часовой стрелке до тех пор, пока на экране не возникнет осциллограмма. С помощью ручек «Развёртка» и «Уровень синхронизации» добейтесь устойчивой картины.
6. Нажимая последовательно на различные кнопки, переключите частоту и глубину модуляции и пронаблюдайте соответствующие осциллограммы, каждый раз добиваясь устойчивой картины.
7. Зарисуйте осциллограммы при глубине модуляции 100% и частотах 50 и 150 Гц.
8. Зарисуйте осциллограммы при частоте 150 Гц и значенияхглубины модуляции 50 и 100%.
9. Сделайте вывод о влиянии глубины и частоты модуляции на амплитуду и длительность модулированных импульсов.
10. Выведите ручку «Ток» против часовой стрелки до упора, нажмите на кнопку «Пациент отключен - Контроль». На переключателе «Род работы» нажмите на кнопку II (в режиме серия - пауза), на переключателе «Длительность» нажмите на кнопку «1-1,5». Пронаблюдайте появившиеся при этом осциллограммы (после нажатия на кнопку «Электроды»), а также осциллограммы при третьем и четвёртом родах работы (частота модуляции 100 Гц, глубина модуляции 100%, длительность 1-1,5 с).