Электростимулирующие параметры импульсного тока

Раздражение электрическим током определенного характера и силы у большей части органов и тканей вызывает такую же реакцию, как и естественное возбуждение. Применение электрического раздражения для изменения функционального состояния клеток, органов и тканей называется электростимуляцией

В основе действия электрического тока на ткани организма лежит движение заряженных частиц, преимущественно ионов тканевых электролитов, в результате которых происходит деполяризация клеточной мембраны

Раздражение вызывается при изменении силы тока и зависит от скорости, с которой это изменение происходит (закон Дюбуа — Реймона). Учитывая, что сила тока i = dq/dt в растворе электролита зависит как от числа движущихся ионов, так и от скорости их перемещения, скорость изменения силы тока di/dt = d²q/dt² следует сопоставить с их ускорением. Поэтому можно считать, что раздражающее действие тока обусловлено ускорением при перемещении ионов тканевых электролитов.

Поскольку раздражающее действие свойственно быстрым изменениям силы тока, для электростимуляции используются электрические импульсы, представляющие кратковременное изменение тока или напряжения. Применяются одиночные импульсы, посылки (серии), состоящие из определенного числа импульсов, а также импульсы, повторяющиеся ритмически с определенной частотой.

Раздражающее действие одиночного импульса тока зависит от его формы (преимущественное значение имеет крутизна нарастания tg a), длительности t_u и амплитуды, которые являются его основными характеристиками.

При физиологических исследованиях чаще применяются импульсы прямоугольной формы, но следует иметь в виду, что емкостные свойства тканей могут вызывать изменение формы импульсов тока (рис. 5, кривая 2) по сравнению с формой импульсов напряжения (рис. 4, кривая 1).

 

Рис. 4. Рис. 5.

 

Раздражающее действие прямоугольных импульсов в значительной мере зависит от их длительности, обусловливающее наибольшее смещение ионов за время действия импульса.

Согласно закону Дюбуа — Реймона, раздражающее действие тока зависит от скорости нарастания его мгновенных значений, т. е. от крутизны переднего фронта импульса. Это связано со свойством возбудимых тканей повышать порог («приспосабливаться») к постепенно нарастающей силе раздражения. Это свойство тканей называется аккомодацией и характеризуется снижением порогового тока i_n npи возрастании крутизны переднего фронта одиночных достаточно длительных импульсов. Исследование аккомодации производится с помощью треугольных и трапецеидальных импульсов с регулируемой крутизной переднего фронта.

В лечебной практике используются четыре основные формы импульсных токов.

1. Ток с импульсами прямоугольной формы (ток Ледюка). Длительность импульсов может колебаться от 0,1 до 4,0 м/с, а частота от 1 до 160 Гц. Применяют в методиках электросна, электроанальгезии и электростимуляции (в т.ч. и транскраниальной).

2. Ток с импульсами остроконечной (треугольной) формы. Раньше был известен под названием фарадического, а теперь, используемый при частоте 100 Гц и с длительностью импульсов 1-1,5 м/с, называют тетанизирующим. Применяют в электродиагностике и электростимуляции.

3. Ток с импульсами экспоненциальной формы (ток Лапика). Характеризуется пологим подъемом и спуском, имеет частоту от 8 до 80 Гц, длительность импульса – от 1,6 до 60 м/с. Используется в электродиагностике и электростимуляции.

4. Ток с импульсами синусоидальной или полусинусоидальной формы..

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какими параметрами характеризуется импульсный ток?

2. Какие формы импульсных токов используются в медицине?

3. Как изменится форма прямоугольного импульса при прохождении RC-цепи?

4. При каких условиях RC-цепь является дифференцирующей?

5. При каких условиях RC-цепь являетсяинтегрирующей?

6. В чем заключается метод диадинамотерапии?

7. В чем заключается метод электростимуляции?

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: осциллограф, генератор прямоугольных импульсов, источники переменного электрического тока, вольтметр, резистор, конденсатор переменной емкости.

 

Описание установки

В работе для получения импульсного тока прямоугольной формы используется звуковой генератор, являющийся источником прямоугольных импульсов (ИПИ). Питание звукового генератора осуществляется от сети через трансформатор (ТР). Импульсы прямоугольной формы направляются на RC-цепь, составленную из «магазина сопротивлений» и конденсатора переменной емкости. Указанная цепь работает и как дифференцирующая, и как интегрирующая-это можно осуществлять подключая электронный осциллограф (ЭО) к определенным точкам RC-цепи.

 

Схема наблюдения на экране ЭО прямоугольных электрических импульсов (рис. 6)

Рис. 6

 

Принципиальная схема включения дифференцирующей цепи (ЭО подключен к R (рис. 7).

Рис. 7

 

 

Интегрирующая цепь (ЭО отключить от R, а подключить к обкладкам конденсатора (С) (рис. 8).

Рис. 8

 

Схема работы:

Последовательность действий	Способ выполнения задания
1Получение импульсов прямоугольной формы и определение их параметров	1 Включите осциллограф в сеть, получите на экране ЭО горизонтальную линию длинной 5-7 см (с помощью «усилениеХ». 2. Включите в сеть схему (рис.6)”, на экране появится прямоугольный импульс. 3. Установите с помощью ручки «усиление У» амплитуду 2-3 см 4. Определите амплитуду Iо, длительность импульса tи и паузы tо в мм, учитывая, что частота переменного тока в сети ν = 50 Гц, получается Т=1/50, т.е. Т=0,02с. 5. Вычислите tи и tо в секундах.
2 Исследование прохождения прямоугольных импульсов через дифференцирующую цепь	1. Включить цепь согласно схеме (рис.7) 2. Наблюдайте на экране ЭО различную форму импульсов, изменяя сопротивление R (при С = const). Зарисуйте картины при трех любых значениях сопротивления. 3. Вычислите для каждого случая длительность импульса tи и постоянную времени цепи τ (τ = RC). Сделайте общие выводы по полученным результам.
3. Исследование прохождения прямоугольных импульсов через интегрирующую цепь	1. Включить цепь согласно схеме (рис.8) 2. Установите определенную амплитуду прямоугольного импульса. С помощью вольтметра определите Uэфф, а Umax рассчитайте по формуле 3. Определите время нарастания переднего фронта импульса (в мм, а затем в секундах) в зависимости от сопротивления R. Зарисуйте картины для пяти последовательных значений сопротивления R, данные занесите в табицу 1. 4. Рассчитайте для всех импульсов, прошедших интегрирующую цепь, значения крутизны фронта и коэффициенты заполнения. Сделайте общие выводы по полученным результам. Таблица1
R, Oм
τф
τи
Кф
Кз

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ показателя преломления жидкости методом рефрактометрии

 

Рефрактометры нашли широкое применение в медико-биологических исследованиях. Разработаны методики рефрактометрического определения содержания белка в сыворотке крови, основанные на зависимости показателя преломления раствора от концентрации растворенного вещества.

 

ЦЕЛЬ занятия:

1. Изучитьрефрактрометрический метод определения показателя преломления жидкости.

2. Исследовать зависимость показателя преломления раствора от его концентрации [ n=f(C)].

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Рефракция. Законы рефракции.

2. Физический смысл показателя преломления.

3. Явление полного внутреннего отражения и его применение в медицине.

4. Условие определения предельного угла полного внутреннего отражения.

5. Рефрактометр. Устройство и принцип работы

ЛИТЕРАТУРА

1. Лекции.

2. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика, М., 2004, гл.21, с. 403 - 405.

3. Н.М. Ливенцев Курс физики, М., 1978, т.1, гл.10. с. 103 - 106.

4. М.Е. Блохина, И.А. Эссаулова, Г.В. Мансурова. Руководство к лаб. работам по медицинской и биологической физике, М., 2001, с. 57-62.