Применение импульсных токов в стоматологии

 

В стоматологической практике низкочастотные электрические токи используются в таких методах, как электроодонтодиагностика, флуктуоризация, амплипульстерапия.

Электроодонтодиагностика позволяет определить электровозбудимость пульпы зуба. Например, при пародонтозе наблюдается повышенная возбудимость ткани зуба в ответ на прохождение тока силой ниже 2 мкА; напротив, пониженная реакция на ток силой свыше 20-60 мкА указывает на пульпит или гибель зуба.

Флуктуоризация - это использование в лечебных целях переменного тока низкого напряжения с беспорядочно изменяющейся частотой и амплитудой. Такие токи не вызывают адаптации к его действию и интенсивно раздражают рецепторы в тканях зуба. При этом отмечается незначительное повышение температуры тканей, что, в свою очередь, активизирует клеточный иммуногенез. Данный метод применяется при лечении острых воспалительных процессов.

Амплипульстерапия - это воздействие на больного переменным синусоидальным модулированным по амплитуде током малой силы. Для амплипульстерапии применяется переменный ток частотой 2-10 кГц, модулированный синусоидальными колебаниями низкой частоты 10-150 Гц. Такой ток оказывает возбуждающее действие на глубокорасположенные ткани зуба. При этом наблюдается усиленный отток продуктов обмена из патологического очага.

 

 

Глава 14

Действие высокочастотных токов и полей
на ткани организма

Биологическое действие переменных токов и полей

Действие переменных токов и полей на живой организм существенно зависит от их частоты. Пропускание электрического тока низкой частоты (до 200 Гц) через ткань сопровождается смещением ионов растворов электролитов, их разделением, изменением их концентрации в разных частях клетки. Такое перемещение ионов в электровозбудимых клетках может привести к изменению электрического потенциала на мембране, достаточного для возникновения на ней специфического электрического импульса, называемого потенциалом действия. Следовательно, переменный ток низкой частоты оказывает раздражающее действие на биологическую ткань.

Переменный ток очень высокой частоты (более 500 кГц) не вызывает заметного раздражающего действия, т.к. в этом случае смещение ионов в тканях организма слишком мало, чтобы изменить мембранный потенциал до критического уровня, необходимого для развития потенциала действия. Энергия упорядоченного движения ионов превращается в тепло, и, следовательно, основным эффектом, сопровождающим прохождение высокочастотных токов в тканях организма, является их нагревание.

 

 

Хирургическая диатермия

Хирургическая диатермия - это метод использования высокочастотного тока при хирургических вмешательствах для рассечения тканей. Применяемые в данном методе токи имеют частоту около 1 МГц и амплитуду . Один из электродов имеет большую площадь поверхности и является пассивным, другой - «точечный», активный - представляет собой скальпель (рис. 14.1). Под активным электродом выделяется так много тепла, что ткань коагулирует и разрушается.

Рассчитаем среднее за период значение мощности тока, расходуемой на нагревание ткани, по следующей формуле:

 

,

 

где  - мгновенное значение мощности тока силой I, выделяющейся на участке проводящей ткани сопротивлением R.

Пусть сила тока изменяется по гармоническому закону , тогда для средней мощности находим

 

 

.

 

 

Обозначим  - эффективное значение силы тока, тогда .

Рис. 14.1

 

Если ввести эффективное значение плотности тока  и сопротивление участка ткани , то

,

 

где  - объем участка ткани, на котором происходит выделение тепла.

Удельная тепловая мощность - это количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема проводящей среды:

 

;        .

 

Используя полученные ранее выражения, для среднего значения удельной тепловой мощности можно записать

 

.

 

В результате окончательно получаем

.

 

 

Индуктотермия

Индуктотермия - это физиотерапевтический метод, использующий высокочастотное магнитное поле для прогревания.

В методе индуктотермии электрод имеет форму катушки (рис. 14.2), по которой пропускают высокочастотный электрический ток, вследствие чего в окружающем ее пространстве возникает высокочастотное магнитное поле. Для индуктотермии применяют переменное магнитное поле частотой 10-15 МГц. Под действием переменного магнитного поля в проводящих тканях организма возникают вихревые токи, нагревающие облучаемые ткани (пунктирные линии на рис. 14.2).

Согласно закону электромагнитной индукции изменение магнитного потока , пронизывающего замкнутый контур в проводящем участке ткани, вызывает появление в нем ЭДС индукции:

 

,

где  - магнитный поток, B - магнитная индукция, S - площадь, охватываемая контуром. Тогда на основании закона Ома для силы тока в контуре можно записать:

 

,

 

где  - сопротивление ткани,  - длина проводящего участка,  - площадь его сечения. Пусть магнитная индукция изменяется со временем по гармоническому закону , тогда сила тока равна

 

.

 

Воспользуемся следующим выражением для мощности вихревого тока в данный момент времени:

 

.

 

Откуда для среднего за период значения мощности тока получаем

 

.

 

Рис. 14.2

 

Введем  - эффективное значение магнитной индукции, тогда

 

.

 

Среднее значение тепловой мощности, выделяющееся в единице объема проводящей ткани, равно

 

,

 

где .

Таким образом, формула, используемая для оценки удельной тепловой мощности тока, в методе индуктотермии имеет вид:

 

.

 

Как видно из полученной формулы, сильнее будут нагреваться ткани с малым сопротивлением, в которых много кровеносных сосудов (мышцы, легкие и др.).

 

 

УВЧ терапия

Ультравысокочастотная (УВЧ) терапия - метод, использующий высокочастотное электрическое поле для прогревания.

В данном методе электроды имеют форму пластин (рис. 14.3), которые не касаются поверхности тела пациента. Используемая при этом частота колебаний электрического поля составляет 40-50 МГц.

Рис. 14.3

 

Высокочастотное электрическое поле в проводящих тканях вызывает появление в них токов проводимости. Среднее значение удельной тепловой мощности тока определяется из выражения

 

,

 

где  - эффективное значение плотности тока,  - эффективное значение напряженности электрического поля, связанное с ее амплитудным значением соотношением ,  - удельное сопротивление. Формула для удельной тепловой мощности тока в проводящей ткани выглядит следующим образом:

 

.

 

В непроводящей ткани тепло, возникающее под действием высокочастотного электрического поля, обусловлено периодическим смещением связанных разноименных электрических зарядов, входящих в состав молекул вещества ткани. Данное явление называют поляризацией вещества в электрическом поле.

В качестве электрической схемы, отвечающей поведению живой ткани в переменном электрическом поле, возьмем цепь из параллельно подключенных конденсатора емкостью C и резистора сопротивлением R (рис. 14.4). Изобразим векторную диаграмму для данной схемы (рис. 14.5).

Рис. 14.4	Рис. 14.5

 

 

Среднее за период значение мощности тока в такой цепи вычисляется по формуле:

 

,

 

где  - амплитуда напряжения,  - амплитуда сила тока в резисторе,  - амплитуда силы тока в конденсаторе,  - разность фаз колебаний полного тока в цепи и тока в конденсаторе. Величину  называют тангенсом угла диэлектрических потерь, под которым понимают тангенс фазового сдвига между изменениями направления внешнего электрического поля и поворотами полярных молекул в среде, на которые действует поле. Она отражает запаздывание механического процесса вращения диполей относительно колебаний внешнего электрического поля и, следовательно, характеризует инерционность среды.

Согласно закону Ома можно записать

 

,

 

где  - емкостное сопротивление,  - емкость конденсатора,  - диэлектрическая проницаемость,  - электрическая постоянная. Тогда для силы тока  имеем

 

.

 

Откуда для средней мощности получаем выражение

 

,

 

Учитывая определение эффективного значения напряжения  и формулу связи напряженности и напряжения , приходим к следующему соотношению

 

.

 

В результате для удельной тепловой мощности окончательно получаем

 

.

 

Из данного выражения видно, что выделяемое количество теплоты пропорционально квадрату эффективной напряженности электрического поля. Она также зависит от характеристик среды и частоты поля. Следует отметить, что при УВЧ терапии вклад процесса поляризации в тепловой эффект значительно преобладает над вкладом в него тока проводимости. Можно сказать, что в этом методе высокочастотной терапии процессы поляризации диэлектрических тканей служат основным лечебным фактором.

 

 

МВ терапия

Метод микроволновой (МВ) терапии применяется для прогревания тканей электромагнитными волнами сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона (- -  МГц).

В данном методе ткани организма попадают в зону сформировавшейся электромагнитной волны, источником которой служит волновод-излучатель (рис. 14.6). Тепловой эффект создается за счет процессов поляризации биоткани. Под действием колеблющегося электрического поля в электромагнитной волне полярные молекулы, прежде всего молекулы воды, совершают вращательно-колебательные движения. Поэтому именно водные среды организма (мышцы, внутренние органы) поглощают энергию электромагнитных волн СВЧ диапазона в наибольшей степени. Много тепла выделяется в жидкостях, заполняющих различные полости.

Рис. 14.6

 

Согласно закону поглощения электромагнитного излучения можно записать:

 

,

 

где  - изменение интенсивности излучения в слое толщиной , I - интенсивность излучения, падающего на слой,  - показатель поглощения вещества, зависящий от диэлектрической проницаемости среды , удельного сопротивления  и частоты излучения . Учитывая, что средняя удельная тепловая мощность связана с убылью интенсивности соотношением , окончательно получаем

 

.

 

СВЧ излучение может быть опасно для организма. При работе с источниками СВЧ излучения интенсивность воздействия на человека должна быть ограничена значением .

Глубина проникновения электромагнитного излучения в организм уменьшается с повышением частоты. Однако данный параметр зависит не только от частоты, но и от свойств ткани: для мышечной ткани он на порядок меньше, чем для жировой или костной.

На рис. 14.7 представлены графики распределения тепла в тканях для каждого из рассмотренных методов высокочастотной терапии.

 

а) диатермия;	б) индуктотермия;
в) УВЧ-терапия;	г) МВ-терапия;
Рис. 14.7

Глава 15

Геометрическая оптика