Реография. Реоплетизмография

Широкое распространение в медицинской практике нашла методика реографии. Реография - это диагностический метод, основанный на регистрации зависимости от времени импеданса участка ткани. В частности, реоплетизмография - метод исследования зависимости активного сопротивления участка тела переменному току от кровенаполнения его сосудов. В данном методе применяется электрический ток амплитудой 1-2 мА и частотой 30-80 кГц. Чем больше крови содержится в органе, тем ниже его электрическое сопротивление. Это позволяет оценивать органное кровоснабжение путем измерения сопротивления R.

Пусть  - сопротивление крови в сосуде,  - удельное сопротивление крови, l - длина сосуда, S - площадь его поперечного сечения. Воспользуемся соотношением

 

,

 

где  - уменьшение сопротивления органа в момент прохождения по сосудам пульсовой волны,  - соответствующее приращение площади сечения. Так как

 

,

то

 

или

,

 

где  - изменение объема органа за счет притока крови, V - объем до момента прихода пульсовой волны, k - коэффициент пропорциональности.

На рис. 12.16 показана схема реограммы, графика изменения электропроводимости  тканей в процессе сердечной деятельности.

Рис. 12.1 6

 

 

Глава 13

Электростимуляция.

Законы электровозбудимости

Электрический импульс. Электростимуляция

Электрический импульс представляет собой электрический ток, изменяющийся в течение некоторого конечного промежутка времени. Лечебный метод, использующий внешнее электрическое раздражение органов и тканей с помощью электрических импульсов с различными параметрами, называется электростимуляцией.

Для электростимуляции используют импульсный и переменный токи низкой частоты (до 200 Гц) различной формы. Электрическое раздражение осуществляется с помощью электродов, наложенных на тело пациента. Параметры электрического импульса (рис. 13.1): амплитуда импульса , длительность импульса , длительность паузы , период следования импульсов , скважность импульсного тока , крутизна фронта

.

Рис. 13.1

 

Законы электровозбудимости

 

Пороговая сила тока  - это минимальная сила тока, вызывающая ответную реакцию электровозбудимой ткани, например, сокращение мышечной ткани. Опыт показывает, что чем быстрее нарастает ток, тем меньше времени проходит до возбуждения и меньше пороговая сила тока (рис. 13.2). Согласно закону Дюбуа-Реймона пороговая сила тока обратно пропорциональна скорости нарастания тока:

 

.

 

Рис. 13.2

При медленном нарастании тока через электровозбудимую ткань (случай ) ответной реакции не возникает, так как ткань привыкает к его действию. Это явление получило название аккомодации.

При прохождении через ткань внешнего электрического тока на клеточной мембране происходит накопление положительно заряженных ионов, в результате чего электрический потенциал на ее внутренней поверхности повышается (рис. 13.3). Это вызывает открытие наиболее чувствительных потенциалзависимых натриевых каналов. Если значение мембранного потенциала успевает достигнуть критического уровня, то это может привести к лавинообразному открытию других натриевых каналов, быстрому увеличению электрического потенциала на мембране и, как следствие, возбуждению клетки.

Рис. 13.3

 

Рис. 13.4

 

 

Время жизни канала в открытом состоянии очень мало (~ 1 мс), и всегда наблюдается процесс закрытия уже открывшихся каналов. При медленном увеличении тока большинство открывшихся каналов успевает закрыться. Поэтому возбуждения клетки не возникает. В этом заключается биофизическая сущность явления аккомодации.

Как было отмечено выше, для того чтобы электрический импульс мог изменить потенциал мембраны, к ней необходимо подвести некоторое минимальное количество электричества (электрический заряд), которое равно произведению силы тока на время длительности импульса: . Отсюда следует, что если уменьшается длительность импульса, то необходимо увеличить пороговый ток, поскольку  величина постоянная (рис. 13.4). Данное соотношение подтверждается экспериментально в виде закона Вейса-Лапика: пороговая сила тока при его практически мгновенном нарастании обратно пропорциональна длительности импульса:

 

,

 

где  - длительность прямоугольного импульса, a и R - постоянные величины. Постоянная R называется реобазой и имеет смысл пороговой силы постоянного тока. Длительность импульса, при которой пороговый ток равен удвоенной реобазе, называется хронаксией . Следовательно, если , то , откуда . Величины a и R служат показателями функционального состояния возбудимой ткани.

Смысл закона Вейса-Лапика можно понять, основываясь на следующих представлениях. В клеточной мембране постоянно функционирует система активного транспорта, поддерживающая постоянство градиентов концентраций ионов на мембране, например, Na-K-АТФаза (рис. 13.3). Поэтому часть заряда, обозначим ее , будет вынесена из клетки за счет усиления работы активного транспорта. Тогда общее количество заряда, доставляемое к мембране для увеличения потенциала на ней до критического уровня , равно:

 

,

 

где  - количество заряда, необходимое для увеличения потенциала до критического уровня без учета усиления работы активного транспорта. Разделив последнее соотношение на , получим

 

.

 

Выражение в левой части записанного соотношения равно пороговой силе импульсного тока , второе слагаемое в правой части представляет собой пороговую силу постоянного тока, обусловленного непрерывной работой активного транспорта, которую можно принять за реобазу R. Если при этом  обозначить как некоторую постоянную величину a, то в результате приходим к формулировке закона Вейса-Лапика.

По закону Вебера, вследствие адаптационных явлений, для мышцы раздражающее действие (субъективная оценка силы тока, вызывающего электрическое раздражение) пропорционально логарифму амплитуды  импульсного тока:

 

.

 

Способность разных возбудимых тканей воспроизводить электрические импульсы с неодинаковой частотой называется лабильностью. Показатель лабильности возбудимой ткани  - это максимальное число электрических импульсов, которое способна воспроизводить возбудимая ткань в 1 с. Согласно закону Введенского существует диапазон частот импульсных токов, вызывающих оптимальную реакцию ткани. Ткань будет оптимально реагировать на раздражение только, если частота следования раздражающих импульсов не превышает показатель лабильности . При более высоких частотах импульсы будут попадать в рефрактерный период и блокироваться, так как в этом случае клетки ткани не возбуждаются.

Физиологическое действие электрического тока зависит от формы импульса. Так, для стимуляции здоровых мышц с нарушенной иннервацией используется так наызваемый тетанизирующий ток в виде импульсов треугольной формы. Для стимуляции сокращения пораженных мышц используются импульсы, в которых возрастание и убывание тока происходит по экспоненциальному закону. Для восстановления нервных волокон применяются импульсные токи прямоугольной формы.

Действие переменного (гармонического) тока на организм при низких частотах оценивается следующими пороговыми значениями: порогом ощутимого тока и порогом неотпускающего тока.

Порогом ощутимого тока называют наименьшую силу тока, раздражающее действие которого ощущает человек (кривая 1 на рис. 13.5). В норме у мужчин порог ощутимого тока промышленной частоты 50 Гц равен 1 мА.

При некоторых величинах тока человек уже не может, например, разогнуть руку, если раздражается мышца, сгибающая руку. Минимальная сила тока, раздражающее действие которого человек не может преодолеть, называется порогом неотпускающего тока (кривая 2 на рис. 13.5). В норме эта величина 50 мА при частоте 50 Гц. Превышение этого порога вызывает электротравму.

 

Рис. 13.5