Импульсные токи в медицинской практике

Мы уже говорили, что деятельность нашего организма основана на определенных ритмах: бодрствование сменяется сном, ритмично работают сердце, легкие, мышцы и другие системы и органы. Иногда эта ритмичность нарушается. Вот тогда-то и приходят на помощь врачу импульсные токи.

Основные характеристики импульсных токов. Нервная система, особенно нервно-мышечный аппарат, реагирует на изменения силы постоянного тока (на импульсы), поэтому в медицинской практике для терапии и диагностики широко используются импульсные токи.

Импульсные токи характеризуются: а) частотой повторения импульсов, измеряемой в герцах, б) длительностью каждого импульса, или «скважностью», т. е. отношением периода к длительности импульса, в) формой импульса.

По форме импульса, они делятся на прямоугольные (а), тетанизирующие (б), экспоненциальные (в) и др. (рис. 66). Длительность прямоугольных импульсов, применяемых для лечебных целей, составляет 0,1—1 мкс (микросекунд), а частота 10—100 гц. Длительность тетанизирующих импульсов 10—15 мкс при постоянной частоте 100 гц. В отличие от этого частота экспоненциальных импульсов плавно изменяется от 10 до 100 гц, их продолжительность может изменяться в значительном диапазоне — от 2 до 60 мкс. Бывают и другие импульсы —- с другой формой, частотой, периодом.

Рис. 66. Форма импульсных токов

Получение импульсных токов. Для получения импульсного тока можно использовать газонаполненный триод — тиратрон, который в отличие от вакуумного триода может пропускать значительные токи: наличие газа делает его внутреннее сопротивление относительно небольшим.

На рис. 67 изображена схема установки, с помощью которой можно получать импульсные токи. На сетку тиратрона Т подается отрицательный потенциал, который запирает тиратрон до тех пор, пока конденсатор С не зарядится через резистор Rr от анодной батареи Б_а.

Рис. 67. Схема установки для получения импульсных токов

Как только конденсатор С зарядится до потенциала, достаточного для ионизации газа в тиратроне, произойдет разряд конденсатора С через тиратрон. В момент разряда сетка не будет влиять на анодный ток, ибо газ в тиратроне ионизирован. Разряд быстро прекращается, поскольку напряжение на конденсаторе С падает ниже разрядного. Сетка снова запирает тиратрон, и конденсатор С опять заряжается от анодной батареи. Изменения потенциала на сетке должны быть сдвинуты по фазе относительно изменений потенциала на конденсаторе С; для этого используют регулировочный мостик, состоящий из резистора R₁ и емкости C₁.

Таким образом, через тиратрон будет проходить ток в момент разряда конденсатора С. Эти импульсы тока возбуждают по индукции соответствующие импульсы напряжения в терапевтическом контуре ТК.

Основным преимуществом таких схем является возможность изменять частоту импульсов тока (за счет изменения R и С) в пределах от 0,1 до 20 000 гц. В настоящее время довольно широко используются мультивибраторы — электронные устройства, дающие возможность получать импульсы, у которых в широких пределах можно изменять любые характеристики.

Физиологическое действие импульсных токов. Под действием электрического тока в нервных тканях происходят физико-химические изменения, характер которых зависит от параметров тока. При действии импульсных токов реакция организма зависит от параметров импульсных токов, в особенности от частоты импульсов. Так, при частотах 5—50 гц, пропускаемых через головной мозг, наступает состояние сна — электросон, а при частотах порядка 100 гц — наркотическое состояние — электронаркоз.

Одиночные импульсы тока достаточной интенсивности, воздействуя на двигательный нерв или мышцу, вызывают быстрые кратковременные ее со крещения. Если же частота импульсов достигает, например, 100 гц, то наступает продолжительное, удерживающееся в течение всего времени прохождения тока, тетаническое сокращение мышцы (от греческого tetanos — напряжение, судорога).

Эти свойства импульсных токов используются с лечебной целью, в частности для электростимуляции, или электрогимнастики, мышц. Этот метод применяется, когда необходимо поддержать работоспособность и питание мышц в период восстановления поврежденного нерва, по которому из центральной нервной системы не могут поступать сигналы. Электростимуляция с успехом используется также для предупреждения атрофии во время вынужденного бездействия мышц — после операции на суставах, наложения гипсовых повязок или шин при переломах.

Импульсные токи пришли также на помощь сердцу, которое при всех своих несомненных достоинствах — один из наиболее ранимых органов человека. Так, например, вместо периодических сокращений мышц желудочков и предсердий может наблюдаться беспорядочное поверхностное сокращение. Это явление, называемое фибрилляцией, является следствием нарушения синхронности сокращений волокон сердечной мышцы.

В конце XIX века швейцарские исследователи Прево и Бателли в опыте на собаке впервые электрическими разрядами устранили беспорядочное сокращение сердечной мышцы. Однако прошли многие десятилетия, прежде чем удалось создать специальный аппарат — дефибриллятор.

Ток силой 0,1 а грозит человеку гибелью. Но спрессованный в мгновения (несколько микросекунд), он при большой силе в 25—30 а — способен побороть фибрилляцию и вырвать человека из рук смерти. Сердце — не только превосходный насос, но и прекрасный образец автономной системы автоматического регулирования. Однако есть заболевания, при которых командные биоэлектрические импульсы центральной нервной системы не достигают сердечной мышцы.

Тысячи людей обязаны жизнью электрокардиостимуляторам. Эти приборы через специальные электроды слабыми электрическими импульсами навязывают сердцу нужный режим, задавая программу деятельности сердечной мышце. Как бы ни были совершенны электростимуляторы сердца, у них есть один существенный недостаток — энергии батарей, питающих их током, хватает лишь на несколько лет.

Затем больного приходится оперировать — удалять электростимулятор и заменять его батарею. Сейчас ведутся работы по созданию электростимулятора, который можно периодически подзаряжать, не вторгаясь в организм,— через кожу.

Система подзарядки основана на передаче электромагнитной энергии с помощью специальных магнитных контуров. Требуемый режим зарядки автоматически регулируется электронной схемой. Как известно, ритм сердца меняется в зависимости от физической, эмоциональной, умственной нагрузки человека. Новая система в этом смысле гибка: она наиболее эффективна для биоуправляемых стимуляторов.

Электрический ток в роли скальпеля. Неотъемлемым атрибутом хирурга считают скальпель. Электрический ток и здесь внес поправку. Оказалось, что токи высокой частоты довольно успешно могут конкурировать с хирургическим ножом.

В настоящее время очень широко распространена электрохирургия. При значительной силе высокочастотного (1 — 1,5 Мгц) тока нагрев ткани достигает 60°С и наступает свертывание (коагуляция) белковых тканей с последующим образованием струпа (некроза). Это явление называется диатермокоагуляцией. Оно используется в хирургии для электрокоагуляции — прижигания при помощи тупого электрода и электротомии — разреза при помощи игольчатого электрода.

Электроразрез обладает рядом важных преимуществ по сравнению с обычным: не кровоточит (кровь свертывается при нагреве), стерилен (бактерии погибают), окружен относительно малопроницаемой зоной, что особенно важно при онкологических операциях. Применение современной электронной техники дает возможность получить зону коагуляции толщиной всего лишь несколько микрон, что резко снижает побочные вредные явления, обусловленные свертыванием белков.

Электрохирургические приемы особенно перспективны (кроме онкологии) при операциях на легких, печени и т. д., где возможны обильные кровотечения. В некоторых случаях электрохирургия избавляет от необходимости вскрывать брюшную полость. Так, удаление опухолей в мочевом пузыре с помощью токов высокой частоты может быть осуществлено через мочеиспускательный канал. В этом случае электрод вводится через специальный канал цистоскопа и хирург удаляет опухоль, видя операционное поле.