Антонов В.Ф. Практикум по биофизике

Подождите немного. Документ загружается.

Измерения

, Uj^

провести для каждого положения пе-

реключателя П "I", "И",

"III",

результаты

записать в анало-

гичные таблицы:

а) "I"

Гц

Дел.

кОм

50 100

200

500 1000

5000

10000

б)

"И"

Гц

Дел.

кОм

50 100 200

500

1000

5000

10000

в)

"III"

Гц

Дел.

дел.

кОм

20 50

100 200 500 1000

5000

10000

9. По

результатам

измерений построить три графика зави-

симости Z = Z (v), где v откладывать в логарифмическом мас-

штабе.

и,

доп

non

= 1,5 кОм)

ДОП

Рис.

Зависимость

импеданса

живой

ткани

от частоты

101

Перерисовать рис. 4 в тетрадь.

Сравнить

полученные кривые с кривой зависимости импе-

данса участка живой ткани от частоты (рис. 4).

Сделать вывод, какая из рассмотренных электрических

схем

наилучшим образом моделирует характер зависимости

электрических свойств живой ткани от частоты.

Задание

2. Наблюдать сдвиг фаз

между

током и напряжени-

ем на электрической модели живой ткани.

В этом

случае

на обе пары пластин вертикального и горизон-

тального отклонений подать при выключенной развертке си-

нусоидальные колебания по

схеме

рис. 5.

Рис.

5. Схема

измерения

сдвига

фаз

Для выполнения задания:

1. Переключатель П поставить в положение III, т.е. подклю-

чить

схему

в) и разомкнуть ключ К. На

вход

"У" подать вели-

чину напряжения, соответствующую длине вертикальной ли-

нии

60 мм. Длину линии можно регулировать ручками усиле-

ния

входа

"У" и ступенчатого ослабления на осциллографе!

На

ЗГ-33 выставить частоту 200 Гц. Развертку осциллогра-

фа

выключить!

2. Замкнуть ключ К, переключатель П поставить в положе-

ние

"выкл.". На горизонтально отклоняющие пластины по-

дать то же напряжение с ЗГ-33, что и на

вход

"Y". Регулируя

ручкой усиления

входа

"X" получить на экране осциллографа

горизонтальную линию длиной 60 мм.

102

3. Замкнуть ключ К и поставить переключатель П в положе-

ние

III, получить на экране осциллографа эллипс.

Зарисовать эллипс в рабочую тетрадь. Сделать вывод о на-

личии

сдвига фаз

между

током и напряжением на модели уча-

стка живой ткани.

Задание

3. Решить задачи.

Задача 1. Рассчитать теоретически значения импеданса для

электрической схемы (рис. 2а) при следующих параметрах:

= 2 мкФ; R = 500 Ом; v = 20, 50, 100, 200, 500, 1000,

5000

Гц.

Результаты внести в таблицу; по полученным результатам по-

строить график Z = Z (v).

Импеданс

для электрической схемы

вычисляется по формуле

= V R

(1/сос)

Заполнить

таблицу:

Гц

Ом

4010

100 200 500

1000 5000 2-Ю

Построить график в полулогарифмическом масштабе.

Сравнить

построенный график с экспериментально постро-

енной

кривой:

= Z (v) для схемы (рис. 1а).

Задача 2. Произвести расчеты импеданса для электричес-

кой

схемы (рис. 26) при тех же параметрах, что и в задаче 1.

Результаты внести в таблицу, аналогичную предыдущей и по-

строить график Zi = Zj^v).

Импеданс

для электрической схемы

103

вычисляется по формуле

Заполнить

таблицу:

Гц

Ом

496

100 200 500

1000 5000

2-Ю

Построить график Zj = i (v) в полулогарифмическом мас-

штабе.

Сравнить

полученный график с экспериментально постро-

енной

кривой Zj = f (v) для схемы (рис. 26).

3.2.

Изучение низкочастотных

электрических

токов,

применяемых

в физиотерапии

В физиотерапии нашли широкое применение низкочастот-

ные

электрические токи низкого напряжения. Эти токи ис-

пользуются в таких процедурах как электросон, диадинамоте-

рапия,

амплипульстерапия (терапия синусоидально-модули-

рованными

токами), электростимуляция. Поэтому знание ос-

новных характеристик переменных электрических токов и по-

нимание

первичных механизмов действия этих токов на орга-

низм

человека необходимо

будущему

врачу для более глубоко-

го понимания лечебного и лечебно-профилактического дейст-

вия

этих токов.

Цель

работы:

1. Научиться объяснять характеристики синусоидальных и

импульсных немодулированных и модулированных электри-

ческих напряжений и токов.

2. Научиться объяснять назначение и блок-схему аппарата

" Амплипульс".

3. Научиться объяснять первичные механизмы действия

электрических токов.

104

Литература:

Ремизов

А.Н. Медицинская и биологическая физика. — М.: Высшая

школа, 1996.

Подготовка

работе

Изучить по рекомендованной литературе и

уметь

объяснять

следующие вопросы:

1. Закон Дюбуа-Реймона.

Есть ли различие в раздражающем действии синусоидаль-

ных токов различной частоты? Формула Нернста для мини-

мального раздражающего тока.

2. Характеристики синусоидального напряжения.

3. Характеристики синусоидального амплитудно-модули-

рованного напряжения.

4. Характеристики импульсного немодулированного напря-

жения.

5. Характеристики импульсного модулированного напря-

жения.

6. Что такое диадинамотерапия, амплипульстерапия, элек-

тростимуляция?

7. Первичные механизмы действия низкочастотных элект-

рических токов.

8. Блок-схема и назначение аппарата "Амплипульс".

9. Объясните, какие формы напряжения воздействуют на

пациента

при различных режимах и родах работы аппарата

"Амплипульс".

Теоретические

сведения

1. В процедурах электростимуляция, амплипульстерация,

диадинамотерия и др. используется явление раздражения

электрическим током различных тканей и органов. Опыт по-

казывает, что установившийся постоянный ток (не выходя-

щий

из допустимых пределов) раздражающего действия на

организм почти не оказывает. Раздражающее действие вызы-

вается при изменении силы тока и пропорционально скорости

этого изменения. Закон Дюбуа-Реймона говорит, что раздра-

жающее действие •

105

Ток,

обусловленный ионами тканевого электролита, опре-

деляется по формуле:

= с • z • F • v • S, где

— концентрация ионов,

z — заряд иона в единицах элементарного заряда,

S — площадь поперечного сечения,

— число Фарадея (заряд одного моля одновалентных ио-

нов),

v — скорость ионов.

Отсюда

di dv

— = c-z-F-S- — .

Раздражающее действие переменного тока обусловлено ус-

dv т-г

корением

ионов тканевых электролитов -тт. Поэтому в проце-

дурах

электростимуляция, амплипульстерапия, диадинамоте-

рапия

необходимо применение переменных электрических то-

ков.

2. Мгновенное значение переменного синусоидального на-

пряжения

"U" (значение в данный момент времени) выражает-

ся

формулой:

= U

• sin(co • t + ф

где U

— амплитуда, t — время, ф

— начальная фаза, ю —

круговая частота (ю = 2 Ttv, v — линейная частота).

— амплитуда, и

фф — эффективное значение напряже-

ния

(и

фф

= /—2- ), v — частота (или Т = —) являются основ-

ными

характеристиками синусоидального напряжения и оста-

ются постоянными величинами в течение всего времени про-

цесса.

3. Амплитудно-модулированные (а.м.) синусоидальные сиг-

налы.

А.м. синусоидальные сигналы образуются, когда амп-

литуда

основного несущего синусоидального сигнала с часто-

той

Hec

— подвергается модуляции (изменению) воздействи-

ем

другого

сигнала, называемого модулирующим и имеющим

частоту

мод

При этом

>>у

мод-

106

То есть амплитудная модуляция — это изменение амплиту-

ды несущего сигнала по определенному закону. Модуляция

происходит в электронном устройстве, называемом модуля-

тором, на которое подаются напряжения U

Hec

мод

На

выходе

модулятора образуется амплитудно-модулированное

напряжение

. Модулятор — это усилитель несущего сиг-

нала, коэффициент усиления К

нес

которого зависит от на-

пряжения

модулирующего сигнала

мод

* (

Основной

сигнал с частотой

Hec

представлен на рис. 1а, мо-

дулирующий сигнал с частотой

MOa

представлен на рис. 16,

амплитудно-модулированное напряжение на рис. 1в.

Основная

особенность амплитудно-модулированного напря-

жения

— изменение амплитуды напряжения от мини-

мального U

до максимального ий

значения. Измене-

тах

ние

амплитуды характеризуется коэффициентом глубины мо-

лудяции m

—

max

"max

может изменяться от 1 до 0:

0<m<

Коэффициент

глубины

модуляции

можно

выразить

в % :

ттам

—

тт

ам

Omax Omax . 100%,

+ Щ

тах

0% < т% < 100% .

Если

= 0, то получим т = 100% .

°тах

Еслии

()

>U о , то т > 100% (перемодуляция), и в этом

случае

формула для расчета m неприменима. Сигнал

будет

прерывистый.

4. Импульсный немодулированный сигнал представляет со-

бой непрерывную последовательность импульсов, которые мо-

гут иметь различную форму: а) прямоугольную, б) треуголь-

ную, в) трапециедальную и др. (рис. 2).

107

нес

..нес

-•t

'мод

б)

-•t

Omax

Рис.

Характеристики

амплитудно-модулированного

сигнала

Эти

характеристики импульсного немодулированного

сиг-

нала

являются постоянными величинами

течение всего

вре-

мени

процесса.

5. Амплитудно-модулированные (а.м.) импульсные сигна-

лы образуются, если

на

непрерывную последовательность

им-

пульсов, имеющую частоту

HMn

воздействовать модулирую-

щим

сигналом

частотой

МОД

Всегда

выполняется условие

имп

мод

(

или

мод

имп)-

Модулирующий сигнал может

быть

синусоидальным

импульсным.

первом

случае

полу-

чаем последовательность импульсов

меняющейся амплиту-

108

а)

б) в)

Рис.

2. Основные

характеристики

импульсного

немодулированного

сигнала:

амплитуда

— U

;

период

—

имп

(или

ИМП

где

ИМП

= ^—; длительность импуль-

са

—

MMn

;

длительность паузы — t

; длительность переднего фронта — т

ф; дли-

тельность

заднего фронта — т

дой, во втором

случае

— серии импульсов, чередующиеся с па-

узами. Такая серия называется посылкой (рис. 3).

U A U

ппп

^посылки

рпп.

паузы

между

посылками

Рис.

3. Посылка импульсов

Для а.м. импульсного сигнала сохраняются все характерис-

тики

импульсного немодулированного сигнала и вводятся две

новые характеристики: длительность посылки t

nocbIJIKH

длительность паузы

между

посылками t

nay3bI

между

•

посылками

6. Для подачи электрических сигналов на пациента к вы-

ходу

физиотерапевтических аппаратов подключаются элек-

троды. Электроды накладываются на кожу пациента через

гидрофильные прокладки, смоченные водой, которые слу-

жат для защиты кожи пациента от воздействия продуктов

электролиза. При различных процедурах (амплипульстера-

пия,

электростимуляция, диадинамотерапия) через элект-

роды на пациента подаются электрические сигналы различ-

ной

формы.

а) Амплипульстерапия — лечение синусоидальными

моду-

лированными

токами с

Hec

5000

Гц,

МОД

ОТ 30 Гц до 150 Гц.

109

Модуляция может осуществляться и синусоидальными и им-

пульсными сигналами. Применение амплипульстерапии

улуч-

шает функциональное состояние нервной и мышечной систе-

мы,

производит болеутоляющее действие,

улучшает

перифе-

рическое кровообращение и т.д.

Так

как при амплипульстерапии частота

Hec

5000

Гц, со-

противление кожи невелико, что объясняется небольшим со-

противлением емкостной составляющей слоя кожи (..р ).

^рог. ел.

Частота

5000

Гц является только несущей. Напряжение (ток) с

частотой

5000

Гц само по

себе

оказывает очень слабое раздра-

жающее действие на ткани. Модуляция переменного напряже-

ния

Hec

5000

Гц низкими частотами обеспечивает наличие

низкочастотной составляющей с

MOfl

в электрическом сигна-

ле, которая и оказывает лечебное действие при

амплитудах

то-

ка

= 5 + 6 ма.

б) Электростимуляция — применение электрического тока

для возбуждения или усиления деятельности отдельных орга-

нов

или систем. Для электростимуляции используют модули-

рованные и немодулированные импульсные сигналы. Наиболь-

шее распространение в клинике имеет электростимуляция

мышц опорно-двигательного аппарата, применяемая для пре-

дупреждения атрофии, например, при травматическом пора-

жении нервного ствола. Применяется электростимуляция при

недостаточности мышц внутренних органов (кишечника, моче-

вого пузыря и др.). Особое место занимает в клинике электро-

стимуляция сердечной мышцы. К методам электростимуляции

относят методы воздействия импульсным током на централь-

ную нервную систему (головной мозг), электросон, электронар-

коз.

Опыт показывает, что для стимуляции разных мышц и

тканей оптимальные характеристики стимулирующего тока

различны по форме,

частоте

и длительности импульсов.

в) Диадинамотерапия (ДДТ) — терапия импульсными или

а.м. импульсными токами низкой частоты и низкого напряже-

ния,

которое оказывает выраженное обезболивающее дейст-

вие,

улучшает

периферическое кровообращение. Применяется

при

острых болях, связанных с нарушениями периферическо-

го кровообращения, заболеваниями периферической нервной

системы, заболеваниями и повреждениями опорно-двигатель-

110