Дія електричних струмів і електромагнітних полів на біологічні об'єкти

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ СТРУМІВ І ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПОЛІВ НА БІОЛОГІЧНІ ОБ'ЄКТИ

Значна кількість діагностичних і терапевтичних методик, використовуваних у сучасній медицині, ґрунтується на ефектах, що виникають при впливі на тканини організму людини електричних струмів чи електромагнітних полів. Механізми дії цих струмів і полів на тканини, а також явища, що спостерігаються при цьому, визначаються характером струмів і електричних властивостей біологічних тканин.

Більшість біологічних тканин можуть бути віднесені до провідників. Носіями струму в тканинах є іони, тобто тканини - це провідники другого роду. Провідні властивості тканин для перемінного струму залежать від його частоти. Це зв'язано з тим, що для тканин характерні ємнісні властивості. Для характеристики електропровідності властивостей тканин при протіканні через них перемінного струму використовують таку величину, як повний чи опір імпеданс. Імпеданс біологічних тканин має як активну (омічну), так і реактивну (ємнісну) складові. Залежність імпедансу тканин від частоти перемінного струму має вид, показаний на рис. 1.

Рис. 1. Залежність імпедансу тканин від частоти перемінного струму.

Ємнісні властивості біологічних тканин зв'язані, у першу чергу, із клітинними мембранами, що, володіють діелектричними властивостями, розділяють два провідні середовища (внутрішньоклітинний вміст і міжклітинне середовище), тобто є аналогами діелектричного шару в конденсаторах. Відзначимо, що клітинні мембрани володіють великою поверхневою ємністю близько 0,5х10^-2 Ф/м². Пробій мембрани відбувається при напрузі близько 150...200 мв, що відповідає напруженості електричного поля порядку 10⁶...10⁷ В/м. Крім того, є тканини, що погано проводять струм, наприклад, суха шкіра. Шкіра, покриваючи практично весь організм, збільшує ємнісні властивості організму в цілому.

Можна зібрати електричний ланцюг, що складається з резисторів і конденсаторів, що має таку залежність імпедансу від частоти перемінного струму, що показана на рис. 1. Найпростіша з таких ланцюгів має схему, показану на рис. 2.

Рис.2. Електричний еквівалент біологічних тканин.

Оскільки характер залежності імпедансу від частоти ланцюга, показаного на рис. 2, аналогічний такому в біологічних тканинах, цей ланцюг називають електричним еквівалентом біологічної тканини. При цьому резистор R₁, є аналогом міжклітинного середовища, конденсатор С - мембран кліток тканини, резистор R₂- внутрішньоклітинного вмісту. Відзначимо, що різні процеси в тканинах (запалення, некроз і ін.) приводять до змін електричних параметрів цих тканин і, отже, до зміни значень імпедансу при різних частотах перемінного струму.

При впливі на біологічні тканини перемінних електромагнітних полів у тканинах виникають перемінні електричні струми. При високих частотах зміни цих полів (а отже, і струмів) починає позначатися інерційність носіїв струму в тканинах - іонів. При досить великих частотах іони коливаються, причому амплітуди їхніх зсувів невеликі. З іншого боку, при високих частотах важливу роль починають грати струми в діелектриках, зв'язані зі змушеними коливаннями часток (молекул, атомів, іонів), що утворює діелектрик. Таким чином, при підвищенні частоти коливань електромагнітного поля зменшуються розходження в характері руху заряджених часток у провідниках і діелектриках.

Механізм дії електричного струму на тканини залежить від того, який це струм. З урахуванням характеристик струмів і зв'язаних з цими струмами ефектів прийнято окремо розглядати вплив на тканини постійного, імпульсного і перемінного струмів.

Для характеристики постійного струму використовують такі величини, як сила струму і щільність струму. Величина сили струму в тканинах визначається прикладеною напругою і питомим опором тканин чи їхньою питомою електропровідністю.

При протіканні постійного струму в тканинах організму іони безупинно рухаються в тому самому напрямку. При цьому позитивні іони зміщаються в одну сторону і накопичуються в одних ділянках тканини, а негативні зміщаються в протилежну сторону і накопичуються в інших ділянках тканини. Цим визначається основний механізм дії постійного струму на тканини - зміна (у порівнянні зі звичайними значеннями) концентрацій іонів у різних частинах тканин.

Відзначимо, що при протіканні постійного електричного струму в тканинах сила струму може істотно зменшуватися згодом, незважаючи на незмінність прикладеної напруги. Це явище зв'язане з тим, що при зсуві іонів і зміні їхніх концентрацій у різних частинах тканин в останніх виникає створене цими іонами поле, що частково компенсує зовнішнє поле, тобто виникає ЕДС поляризації тканин, що зменшує силу струму, що протікає.

На використанні постійного струму засновані такі терапевтичні методики, як гальванізація і лікарський електрофорез.

Гальванізацію проводять при напрузі 60...80 В. При цьому щільність струму не повинна перевищувати 1 А/м². Як апарат для гальванізації найчастіше використовують двополуперіодний випрямитель перемінного струму, що дозволяє регулювати вихідну напругу і контролювати (вимірювати) силу створюваного струму. Для підведення струму до пацієнта використовуються електроди звичайно з листового свинцю чи станіолю. Між шкірою пацієнта й електродами розташовують гідрофільні прокладки, змочені водою чи фізіологічним розчином. Застосування прокладок знижує опір шкіри (завдяки її зволоженню), поліпшує електричний контакт між електродами і тілом людини, а головне - дозволяє уникнути припікальної дії на шкіру пацієнта продуктів електролізу хлористого натрію, що виділяються на електродах (на катоді при цьому виділяються луги, на аноді - кислоти).

Зміни в тканинах концентрацій різних іонів при протіканні постійного електричного струму викликає відповідні реакції організму, зокрема, стимулює кровообіг і лімфообіг, метаболічні процеси в клітках. Крім того, відзначимо підвищення збудливості нервових і м'язових кліток під катодом і її зниження під анодом. Зменшення збудливості нервових кліток під анодом створює, зокрема, ефект місцевої аналгезії (знеболювання). Гальванізація може проводитися при лікуванні деяких нервових захворювань, бронхіальної астми й ін.

Лікарський електрофорез (електрофорез лікарських речовин) - це метод уведення лікарських речовин через шкіру чи слизуваті оболонки при підведенні до цих тканин постійного струму. Лікарський електрофорез проводиться так само і за допомогою того ж апарата, що і гальванізація, але одна з гідрофільних прокладок змочується не водою, а розчином необхідної лікарської речовини. Електрофоретичне введення препаратів може використовуватися тоді, коли ліки, що розчиняються у воді, утворять іони. При цьому аніони вводять пацієнту, змочуючи лікарським розчином прокладку під катодом, а катіони - під анодом.

Електрофоретичний спосіб уведення препаратів має ряд переваг перед іншими способами. Електрофорез не травматичний, забезпечує локальний вплив у потрібному місці, ліки вводиться в іонній формі, що звичайно і забезпечують терапевтичний ефект, а головне - препарат при електрофоретичному уведенні накопичується в підшкірній клітковині, відкіля він повільно вимивається, чим забезпечується тривалий безупинний вплив препарату на патологічний очаг.

Електрофорез може використовуватися й у діагностичних цілях, наприклад, для поділу і виявлення білкових фракцій плазми крові, що дуже інформативно при діагностиці ряду захворювань.

Говорячи про явища, зв'язаних з постійними струмами, згадаємо явище гальванізму в порожнині рота, що може спостерігатися, якщо якісь стоматологічні конструкції в порожнині рота виготовлені з різних металів. При цьому під впливом електролітів (слина, компоненти харчових продуктів) між металевими конструкціями виникає ЕДС, що породжує протікання невеликих гальванічних струмів. Ці струми поступово приводять до корозії металів, погіршуючи якість зроблених з них конструкцій.

Струми, що змінюються з часом, прийнято підрозділяти на імпульсні і перемінні (говорячи про зміну струму, ми маємо на увазі зміну сили струму). Говорячи про імпульсні струми, звичайно мають на увазі струми, періодично, але не гармонічно (не синусоїдально) залежні від часу. Разом з тим у медицині можуть використовуватися й одиночні імпульси електричного струму (електричні імпульси), тобто струми, що змінюються згодом, тривалість протікання яких невелика. Перемінним струмом звичайно називають струм, що змінюється згодом по гармонійному законі, тобто струм, сила якого синусоїдально змінюється згодом.

Електричні імпульси можуть мати різну форму (різну залежність напруги чи сили струму від часу). Так, можуть використовуватися прямокутні, трикутні, трапецеїдальні й інші імпульси. Розходження форм імпульсів утрудняє введення універсальних, загальних для усіх форм імпульсів характеристик імпульсних струмів.

Для подальшого викладу матеріалу нам знадобляться такі характеристики імпульсів, як амплітуда, тривалість, крутість фронту. Під фронтом будемо розуміти ділянку імпульсу, що відповідає наростанню чи напрузі сили струму (передній фронт) або ділянка, що відповідає їх убуванню (задній фронт, чи зріз). Для імпульсів під амплітудою звичайно розуміють модуль максимального значення чи напруги сили струму. Тривалість імпульсу - це тривалість проміжку часу, протягом якого напруга чи сила струму перевищує значення 0,1 U_max чи 0,l-I_max відповідно.

Імпульсні струми також характеризуються періодом повторення імпульсів і частотою проходження імпульсів.

При впливі імпульсного струму на тканину швидка зміна потенціалу в міжклітинній рідині може привести до зниження мембранного потенціалу клітки до величини, при якій на мембрані клітки починається процес генерації потенціалу дії. Таким чином, основним механізмом дії імпульсних струмів на біологічні об'єкти є роздратування збудливих тканин (до збудливих тканин відносять м'язову, нервову і залозисті тканини).

Дратівна дія імпульсного струму залежить від його амплітуди і частоти, крутості і тривалості імпульсів.

Роздратування тканин (генерація клітками тканин потенціалу дії) можливо тільки при не занадто малих амплітудах імпульсів, тому існує мінімальна сила імпульсного струму, при якій спостерігається відповідна реакція (роздратування) тканин. Цю силу струму називають граничним струмом.

Залежність дратівної дії імпульсних струмів від частоти виявляється при досить великих частотах. При цьому з ростом частоти проходження імпульсів дратівна дія струму зменшується (росте величина граничного струму).

Чим більше крутість фронту імпульсу, тим більше дратівна дія струму. Це явище відбиває закон Дюбуа-Реймона, що говорить: дратівна дія електричного струму прямо пропорційна швидкості наростання (убування) сили струму. Таким чином, дратівлива дія струму прямо пропорційна величині похідної від сили струму за часом. Оскільки швидкість наростання сили струму в імпульсі визначається крутістю фронту, можна говорити про те, що дратівна дія імпульсного струму прямо пропорційна крутості імпульсу.

При збільшенні тривалості імпульсу його дратівна дія на збудливі тканини наростає, тобто зменшується величина граничного струму. На цьому заснована методика електродіагностики - вивчення збудливих властивостей тканин шляхом визначення залежності величини граничного струму від тривалості імпульсу при роздратуванні тканини одиночними прямокутними імпульсами. Ця залежність (її графік показаний на рис. 3) описується рівнянням (іноді говорять, законом чи формулою) Хорвега-Вейса-Лапика. З графіка цієї залежності видно, що з ростом тривалості імпульсу граничний струм усе менше залежить від часу і прагне до деякого граничного значення, що у електрофізіології називають реобазою (Re).

Таким чином, реобаза дорівнює межі, до якої прагне граничний струм, коли тривалість імпульсу прагне до нескінченності.

Іноді реобазу визначають як значення, граничного струму, що регіструється при такій тривалості імпульсу, при якій граничний струм перестає залежати від тривалості імпульсу.

Для характеристики збудливих властивостей тканин поряд з реобазою використовують таку величину, як хронаксія (Chr). Хронаксія - це така тривалість імпульсу, при якій граничний струм дорівнює подвоєній реобазі.

Для збудливих тканин характерні визначені значення реобази і хронаксії. При різних патологічних станах ці параметри змінюються. Так, зменшення реобази при незмінній хронаксії характерно для початку запальних процесів. Некротичні зміни в тканинах супроводжуються підвищенням реобази і зменшенням хронаксії.

У стоматології електродіагностика використовується як електроодонтодіагностика, тобто визначення електрозбудженості нервових рецепторів пульпи. Для здорових зубів характерні значення граничного струму, що лежать у межах 2...10 мкА. Підвищена чутливість, при якій i_п < 2 мкА, характерна для початкової стадії пародонтозу, гиперстезії твердих тканин зуба, новотворів щелепи. Зниження чутливості може свідчити про карієс (i_п =20...25 мкА), поразках пульпи (i_п = 30... 100 мкА), періодонтах (i_п > 200 мкА).

На використанні імпульсних струмів засновані такі терапевтичні методики, як кардіостимуляція, дефібриляція, електрогимнастика м'язів, электросон. У нормі імпульси, що викликають скорочення серця, виробляються синусним (синатриальним) вузлом, називаним водієм ритму, і через провідну систему надходять на м'яз міокарда.

Якщо синусний вузол не виконує свою функцію чи порушено роботу провідної системи, необхідний зовнішній водій ритму. Як зовнішнього водія ритму звичайно використовується що носиться чи імплантуємий кардіостимулятор (електростимулятор), що є генератором електричних імпульсів з частотою проходження 1...1,2 Гц і тривалістю 0,8,..3 мс.

Дефібрилятори застосовують при зупинці серця чи при виникненні фібриляції шлунків серця, тобто неупорядкованих скороченнях окремих м'язових волокон унаслідок їхнього порушення один одним. Дефібрилятор виробляє одиночні електричні імпульси (розряди) високої напруги, що викликають різке сильне скорочення серцевого м'яза що найчастіше приводить до відновлення нормальних скорочень серця. Звичайно використовується напруга в декілька кіловольт (до 8 кв), причому у випадку невдалої спроби "запустити" серце наступні спроби починають зі збільшенням напруги розряду. Електрогімнастика м'язів підтримує м'язовий тонус, поліпшує кровообіг і обмін речовин в уражених м'язах у чи м'язах з порушеною іннервацією, підтримує їхню скорочувальну здатність. Для електрогімнастики використовують імпульсний струм з імпульсами трикутної форми тривалістю 1...1,5 мс і частотою проходження 100 Гц чи імпульси експонентної форми тривалістю 3...60 мс і частотою 8...80 Гц.

Електросон - це метод гальмування центральної нервової системи імпульсним струмом прямокутної форми з тривалістю імпульсів 0,1...1 мс і частотою проходження 5... 150 Гц.

Перемінний струм характеризується напругою, силою струму, амплітудним значенням цих величин, частотою (а також зв'язаними з частотою величинами - циклічною частотою і періодом), фазою.

У залежності від частоти перемінного струму можуть спостерігатися різні механізми дії струму на тканини. При низьких частотах перемінний струм, як і імпульсний, робить на збудливі тканини дратівну дію. При високих частотах, коли зсув заряджених часток у тканинах невеликі, переважає тепловий ефект, тобто виділення в тканинах теплоти внаслідок протікання струму.

Перемінний струм, як і імпульсний, викликає роздратування збудливих тканин тоді, коли сила струму не менш граничного струму. Величина граничного струму збільшується з ростом частоти перемінного струму (тобто дратівна дія перемінного струму зменшується з ростом його частоти). Залежність граничного струму від частоти визначається законом Нернста, відповідно до якого в діапазоні частот від 100 до 3000 Гц граничний струм пропорційний кореню квадратному з частоти струму, а в діапазоні частот від 50 до 300 кГц граничний струм пропорційний частоті струму. У випадку перемінного струму граничне значення струму називають також порогом відчутного струму.

Дратівна дія перемінного струму на організм характеризується також порогом струму, що не відпускає. Якщо людина торкнеться рукою провідника, що знаходиться під напругою, може відбутися скорочення м'язів, що викликає захоплювання рукою цього провідника. Мінімальне значення сили струму, при якому людина не може самостійно розтиснути руку і звільнитися від провідника, що є джерелом цього струму, називають порогом струму, що не відпускає.

Перемінний струм частотою 30 кГц використовується в діагностичних цілях для визначення кровонаповнення тканин. При цьому використовуються струми, амплітуди яких менше граничного значення, тобто такі струми, що не викликають роздратування збудливих тканин. Діагностичний метод, заснований на реєстрації зміни імпедансу тканин ( що відбувається внаслідок зміни їхнього кровонаповнення) у результаті серцевої діяльності, називають реографією (імпеданс плетизмографією, реоплетизмографією). При реографії головного мозку одержують реоенцефалограми, при реографії серця - реокардіограми. При реографії можна також проводити дослідження магістральних судин, легень, печінки і кінцівок, а в стоматології - судин пародонта, слизуватої оболонки порожнини рота, слинних залоз і ін.

У стоматології також використовується методика, подібна з реографією, називана реодентографією. При реодентографії оцінюють стан пульпи зуба. Для цього використовують перемінний струм частотою 0,5...1 Мгц.

Виділення тепла, що відбуває в тканинах при протіканні через них перемінного струму високої частоти, лежить в основі діатермії. Розрізняють терапевтичну діатермію і хірургічну діатермію (електрохірургію), що, у свою чергу, підрозділяється на діатермотомію і діатермокоагуляцію.

При терапевтичній діатермії використовується перемінний струм частотою близько 1 МГц і силою струму 1...1,5 А. Струм підводиться до пацієнта за допомогою металевих електродів з досить великою площею контакту з тілом пацієнта, що повинні щільно прилягати до шкіри. Більша кількість теплоти виділяється в тканинах з високими значеннями питомого опору. Це приводить до марного виділення великої кількості теплоти в шкірі. Крім того, терапевтична діатермія - це не цілком безпечна методика, тому що при порушенні гарного контакту електрода з поверхнею тіла зменшення площі контакту приводить до збільшення щільності струму, локальному збільшенню виділення тепла, що може викликати не прогрівання, а пропалювання шкіри. Унаслідок цих причин терапевтична діатермія в даний час у лікувальній практиці не застосовується.

При електрохірургії використовується струм з частотою порядку 10 МГц. Застосовуються два електроди: один з великою площею контакту з тілом пацієнта, інший - з малою площею поверхні (гострий електрод). У місці торкання тіла гострим електродом створюється висока щільність струму і розвивається висока питома теплова потужність. При діатермокоагуляції (j = 6...10 мА/мм²) це дозволяє внаслідок коагуляції тканин, наприклад, "заварювати" кровоносні судини. При диатермотомії (j « 40 мА/мм²) гострий електрод виконує роль електроножа (електроскальпеля), що, пропалюючи тканину, розсікає її. Диатермотомія зручна для хірурга тим, що метод практично безкровний, тому що одночасно з розсіченням тканини відбувається заварювання розсічених судин. Разом з тим, такі розрізи гояться значно гірше, ніж зроблені звичайним скальпелем.

При використанні деяких методик струм, що діє на пацієнта, є одночасно і перемінним, і імпульсним. Так, при місцевій дарсонвалізації на пацієнта впливають перемінним струмом частотою 100...400 кГц, але підводиться він до пацієнта не безупинно, а імпульсами з частотою проходження 50 Гц. При цьому використовуються напруги порядку 10 кВ. Особливістю методики є те, що струм підводиться до пацієнта за допомогою електрода, що має дуже великий опір (звичайно це чи пустотілий, чи заповнений графітом скляний електрод). При наближенні такого електрода до шкіри пацієнта між ним і шкірою проскакує іскорка, тобто з'являється струм. Однак при протіканні струму на скляному електроді падає велика напруга, що приводить до різкого зменшення напруги між шкірою й електродом. Розряд (іскорка) гасне, струм припиняється, і між шкірою й електродом знову виникає велика напруга. Це знову породжує наступний розряд і т.д. Місцева дарсонвалізація робить місцеву дратівну дію на нервові закінчення в шкірі, що стимулює кровообіг у ділянках шкіри, що піддається впливу, і викликає ряд інших корисних реакцій.

Електричні струми в тканинах можна збуджувати і без використання електродів. При приміщенні тканин (частин тіла) у перемінне електромагнітне поле в них виникають перемінні струми. Прогрівання тканин за допомогою наведених перемінним полем струмів лежить в основі таких методик, як індуктотермія, УВЧ-терапія і СВЧ-терапія (остання має різновиду: МКВ - терапія, іноді називана СМВ-терапією, і ДЦВ-терапія).

При індуктотермії на тканини пацієнта впливають перемінним магнітним полем, частота коливань якого лежить у межах 10...15 МГц. Стандартний апарат для індуктотермії створює поле, що міняється з частотою 13,56 МГц. Перемінне магнітне поле індуцирує у тканинах вихрові електричні струми, при протіканні яких виділяється тепло і відбувається прогрівання тканин.

При індуктотермії краще нагріваються тканини з меншими значеннями питомого опору, тобто тканини, що добре проводять струм. Ефективне прогрівання тканин відбувається до глибини 6...8 см. Підвищення температури тканин підсилює кровообіг у них, викликає активізацію роботи різних ферментів. При індуктотермії відбувається стимуляція імунної системи організму.

Магнітне поле при індуктотермії створюється за допомогою котушки (індуктора), що звичайно представляє собою спірально змотаний провід, по якому протікає перемінний електричний струм відповідної частоти. Для прогрівання тканин кінцівки її найчастіше обмотують проводом так, що утвориться котушка, усередині якої знаходиться кінцівка.

При УВЧ-терапії (УВЧ - ультрависокі частоти) на тканини пацієнта впливають перемінним електричним полем УВЧ-діапазона електромагнітних хвиль (30...300 Мгц). УВЧ-поле створює в тканинах пацієнта електричні струми (точніше, коливання заряджених часток) тієї ж частоти, з яким змінюється УВЧ-поле. Виникаючі струми нагрівають тканини (органи) пацієнта, причому при частотах електромагнітного випромінювання, використовуваного при УВЧ-терапії, сильніше нагріваються ті тканини, що мають меншу електропровідність. Варто пам'ятати про те, що електропровідність при перемінному струмі відрізняється від електропровідності при постійному струмі, причому, чим вище частота струму, тим більше ці відмінності.

При протіканні перемінного струму через середовища, що володіють ємнісними властивостями (як указувалося, біологічні тканини мають ємнісні властивості), фаза сили струму відрізняється від фази напруги, що створює цей струм. У цьому випадку повний струм можна розглядати як сукупність активної і реактивної складових, причому фаза активної складової збігається з фазою напруги, а фаза реактивної відрізняється від фази напруги на 90^о. Кут діелектричних утрат - це різниця фаз між повним струмом і його реактивною складовою. При СВЧ-терапії (СВЧ - надвисокі частоти) для прогрівання тканин пацієнта на них впливають електромагнітними хвилями з частотами, що лежать у діапазоні 300 МГц -30 ГГц. Звичайно при цьому використовуються апарати, що виробляють електромагнітні хвилі з наступними стандартними значеннями довжин хвиль: при ДЦВ-терапії (ДЦВ - дециметрові хвилі) - 65,2 см (v = 460 МГц), а при МКВ-терапії (мікрохвильової терапії) -12,6 см (v = 2375 МГц).

ДЦВ- і МКВ-терапія розрізняються по глибині проникнення випромінювання в тканини організму. При ДЦВ-терапії глибина проникнення досягає 9 см, а при МКВ-терапії - складає 3 -5 см. При СВЧ-терапії добре прогріваються м'язові тканини і кров.

Важливо підкреслити, що вплив високочастотних електромагнітних коливань на організм не зводиться тільки до теплового ефекту. Вплив електромагнітного випромінювання на організм виявляється і при таких інтенсивностях випромінювання, при яких тепловий ефект не має значення. Механізми впливу електромагнітних випромінювань на організм вивчені усе ще недостатньо.

Ясно, що біологічна дія випромінювання виявляється на різних рівнях: субклітинному (молекулярному), клітинному, тихорєцькому, органному, організменному, глобальному.

Результатом несприятливого впливу електромагнітних випромінювань радіочастотного діапазону можуть бути як прямі патологічні явища (захворювання органів чи порушення діяльності систем організму), так і ослаблення захисно-пристосувальних реакцій організму. Вважається доведеним негативний вплив електромагнітних випромінювань досить високих інтенсивностей на серцево-судинну, центральну нервову, ендокринну, кровотворну і деякі інші системи організму. Вплив перемінних електромагнітних полів (ЕМП) може приводити до запаморочень, підвищеній стомлюваності, підвищеній дратівливості, ослабленню пам'яті, розладу сну, загальній слабості й іншим негативним наслідкам. При тривалому впливі електромагнітних полів навіть невисокої інтенсивності настають виражені зміни в корі великих півкуль головного мозку.

У зв'язку з цим вводиться тверде гігієнічне нормування рівнів електромагнітних полів, що впливають на людей.

У лікувальних цілях можуть використовуватися не тільки перемінні, але і постійні електричні і магнітні поля.

Вплив постійного електричного поля на тканини приводить до поляризації діелектриків (за рахунок переорієнтації молекул, що ведуть себе при цьому як диполі) і появі в провідних тканинах струмів, що викликають зсув іонів і зміну їхніх концентрацій у різних ділянках тканин, причому зсув іонів відбувається доти, поки створене ними електричне поле не компенсує впливу зовнішнього поля.

Використовуються такі методики, як електростатичний душ (чи франклінізація) і аероіонотерапія. При цьому пацієнта поміщають у сильне електростатичне поле (використовують напруга до 50 кВ), у якому відбувається часткова іонізація повітря. При цьому з'являються аероіони, а також продукти іонізації повітря - озон і окисли азоту, що дратують рецептори шкіри і слизуватої оболонки верхніх дихальних шляхів. Усе це приводить до зміни функціонального стану центральної нервової системи, що виражається в активізації гальмових процесів, поліпшенні самопочуття, нормалізації сну й ін.

Механізми біологічної дії постійного і низькочастотного магнітного поля на організм вивчені мало. Передбачається, що в магнітних полях відбувається зміна швидкості дифузії речовин у тканинах, швидкості і спрямованості протікання ряду біохімічних реакцій, зміна структури води і ряд інших ефектів на субклітинному рівні. Існують дані як про стимуляцію, так і про гноблення деяких процесів життєдіяльності в організмі при впливі магнітним полем. Лікувальний вплив на організм постійним чи низькочастотним перемінним магнітним полем називається магнітотерапією.

Переходячи до проблеми гігієнічного нормування рівнів ЕМП, почнемо з того, що електромагнітні поля, що виникають на робочих місцях у виробничих умовах, підрозділяють на технологічні (створювані спеціально для використання в тім чи іншому технологічному процесі) і нетехнологічні.

Розглянемо окремі види електромагнітних полів:

1. електростатичне поле

* для електростатичного поля нормується гранично припустимий рівень (ПДУ) напруженості поля протягом однієї години (ПДУ = 60 кВ/м) і час перебування людини в полі (при напруженості поля від 20 до 60 кВ/м).

* при напруженості менш 20 кВ/м час перебування в електростатичних полях не нормується;

2. електричне поле частотою 50 Гц

* у цьому випадку нормується гранично припустимий рівень напруженості електричного поля, у якому людина може знаходитися без засобів захисту (ПДУ = 25 кВ/м);

* при напруженості поля в межах від 5 до 25 кВ/м нормується час перебування в полі;

* усередині житлових будинків ПДУ = 0,5 кВ/м, на території житлової забудови ПДУ = 1 кВ/м. Поблизу високовольтних ліній (ВЛ) електропередачі повинні встановлюватися санітарно-захисні зони. Так для ВЛ із напругою 330 кВ ширина такої зони повинна дорівнювати 20 м у кожну сторону від крайніх фазових проводів ВЛ;

3. магнітне поле частотою 50 Гц

* у цьому випадку нормовані величини і їхні значення залежать від характеру впливу на людину магнітного поля (переривчастий і безупинний);

* основними параметрами, що характеризують вплив поля, є: амплітуда напруженості магнітного поля, тривалість імпульсу, тривалість паузи між імпульсами, загальний час впливу протягом робочого дня;

* нормування здійснюється шляхом установлення для різних інтервалів часу перебування людини в полі відповідних амплітудних значень напруженості магнітного поля з урахуванням характеру поля, що впливає. Наприклад, для безупинного магнітного поля з частотою 50 Гц при тривалості перебування людини в полі до 1 ч включно ПДУ = 6000 А/м, а при тривалості 7 ч ПДУ = 1600 А/м

4. електромагнітні поля радіочастотного діапазону

у цьому випадку оцінка впливу електромагнітних випромінювань радіочастотного діапазону здійснюється по наступним параметрах:

* по енергетичній експозиції, що визначається інтенсивністю випромінювання і часом його впливу на людину. При цьому норми для облич, що не досягли 18 років і вагітних жінок, відрізняються від норм для інших облич;

* у діапазоні частот 30 кГц - 300 МГц інтенсивність випромінювання оцінюється за значеннями напруженості електричної чи магнітної (звичайно електричної) складових електромагнітних полів, а в діапазоні 300 МГц - 300 ГГц - за значеннями щільності потоку енергії (у другому випадку ПДУ = 2,5 мкВт/см²);

* енергетична експозиція в першому з зазначених діапазонів визначається як добуток квадрата напруженості електричного поля на час впливу на людину, а в другому діапазоні - як добуток щільності потоку енергії на час впливу;

* у випадку імпульсно-модульованих коливань оцінка проводиться по середній за період проходження імпульсу інтенсивності електромагнітного випромінювання;

* граничні значення напруженості електричного поля в діапазоні 30 кГц...300 Мгц залежать від частоти випромінювання, унаслідок чого цей діапазон підрозділяється на чотири піддіапазона, для кожного з який визначені граничні значення (див. таблицю );

імпеданс біологічний лікарський електрофорез

* у випадку наявності електромагнітних випромінювань, що мають складові, стосовні до різних частотних діапазонів, для кожного з діапазонів обчислюють відношення рівня випромінювання в даному діапазоні до граничного значення для цього діапазону, а потім, підсумовуючи внески різних діапазонів, установлюють наявність чи відсутність загального перевищення гранично припустимого рівня.

Размещено на Allbest.ru