Билет 6

1. Электростимуляция органов и тканей. Параметры импульсных сигналов, применяемых для электростимуляции и их физиологическое обоснование. Законы Вейса-Лапика и Дюбуа-Реймонда.

Электростимуляция – дозированное воздействие электрическим током на определённые органы и возбудимые ткани организма с целью обеспечения или улучшения их деятельности. Используются низкочастотные (до 200Гц) импульсные и модулированные токи различной формы. Токи, используемые при электростимуляции, могут вызывать стимуляцию нервов и сокращения мышц, не управляемые ЦНС! Ток частотой 1-200Гц и силой 10-15мА вызывает сокращение мелких скелетных мышц (кисть, гортань) – не отпускающий ток. Ток силой 50-60мА через грудную клетку человека вызывает паралич межрёберных и регулирующих движение диафрагмы мышц и через несколько минут может наступить смерть от удушья. Ток силой 100мА через грудную клетку может вызвать фибрилляцию миокарда и последующую остановку сердца. Поэтому стимулирующий ток должен иметь амплитуду меньше значений поражающего тока.

Импульсные токи прямоугольной формы используют для стимуляции нервной системы, непрямоугольной – для стимуляции мышц.

Прямоугольный импульсный ток. Для его полного описания необходимо знать: амплитуду I₀ (мА); частоту v=1/T (Гц) импульсного тока (или период повторения импульса Т=t_и+t₀ [c]); скважность Q=Т/t_и – безразмерная величина которая показывает во сколько раз период повторения T больше длительности импульса t_и. Если t_и=t₀, то импульсный ток симметричный, Q=2.

Коэф. заполнения k – показывает какую долю периода занимает сам импульс k=1/Q=t_и/T.

Непрямоугольные импульсные токи. Все те же параметры. Длительность фронта t_фр – время нарастания тока от 0,1I₀ до0,9I₀. Крутизна фронта импульса Кр=0,8I₀/t_фр определяет скорость нарастания тока во времени от 0,1I₀ до0,9I₀. Длительность спада импульса t_сп – время спада тока от 0,9I₀ до0,1I₀. Длительность вершины импульса t_вер – время, в течение которого I>=0,9I₀. Длительность импульса t_и=t_фр+t_вер+t_сп.

Амплитуда импульсного тока. Физиологический ответ возбудимой ткани на действие электрического тока (генерация потенциала действия в клетках, возникновение нервных импульсов) возникает, когда сила тока I_стим>=I_пор. Но при этом сила тока не должна превышать безопасных значений: I_пор<I_стим<I_пораж.

Величина порогового тока зависит от вида ткани, от длительности и формы импульса тока.

Реобаза R – min значение порогового тока для данной ткани, наблюдается при t_u>=t_полезн, способное вызывать возбуждение при действии на ткань в течение полезного времени.

Хроноксия t_хр – длительность импульса, для которого пороговый ток вдвое больше реобазы: I_пор=2R.

Зависимость порогового тока от длительности t_u прямоугольного импульса приблизительно описывается уравнением Вейса-Лапика: I_пор=a/t_u+b, где а и b –константы, зависящие от вида ткани.

1) при t_u стремящемся к бесконечности, значение Iпор=b, значит b=R, b в [А или мА];

2) при t_u=t_хр, то I_пор=2R и по уравнению Вейса-Лапика: а=Rt_хр. Реально I₀=0,1мА-50мА. Тепловые эффекты при электростимуляции незначительны.

Частота, ограничена абсолютным рефрактерным периодом – время, в течение которого клетку нельзя возбудить никаким стимулом. Для нервных клеток v_max=500-1000Гц, Т_рефр=1-2мс. Для скелетных мышц v_max=100-200Гц, Т_рефр=5-10мс. Для сердечной мышцы v_max=3,3Гц, Т_рефр=300-350мс. На практике используют частоты v<200Гц. На частотах v>1000Гц электростимуляция практически отсутствует. Длительность импульсного сигнала – её влияние на пороговое значение амплитуды тока определяется уравнением Вейса-Лапика. Крутизна фронта импульса, зависимость величины I_пор от скорости нарастания фронта импульса отражена в законе Дюбуа-Реймона: Раздражающее действие импульсного тока прямо пропорционально крутизне переднего фронта импульса. Т.е. с увеличением крутизны фронта импульса пороговый ток уменьшается!