DZIAŁANIE PRĄDÓW ELEKTRYCZNYCH NA USTRÓJ.pdf

DZIAŁANIE PRĄDÓW ELEKTRYCZNYCH NA

USTRÓJ

Dodatnie jak i ujemne skutki, jakie powoduje prąd elektryczny przepływając przez

organizm ludzki, zawsze były w kręgu zainteresowania człowieka. Prace nad

wpływem prądu na organizm zaczęły się zaraz po zbudowaniu przez Alessandro

Volta pierwszego ogniwa galwanicznego w 1800 roku. Sam Volta badał wpływ

bodźców elektrycznych na zmysł wzroku i smaku. (Najbardziej chyba powszechnie

znanym, ujemnym skutkiem działania prądu jest porażenie elektryczne). Dopiero

jednak w ostatnich kilkudziesięciu latach wiedza na ten temat poszerzyła się

znacznie. Badania dokonywane w wielu krajach, także w Polsce, odpowiednio ją

usystematyzowały.

Niniejszy artykuł ma na celu przybliżenie czytelnikowi ogólne działanie prądu na

komórkę ludzką i zasygnalizowanie obszerności tematu, nie wgłębiając się w

tematykę prądów selektywnych, opisywanych w innych publikacjach dostępnych na

rynku.

Rodzaje prądów elektrycznych.

W fizjologii i w medycynie stosuje, się w różnych celach prądy elektryczne

różnego rodzaju np.:

Prąd stały (galwaniczny) - jest to prąd jednokierunkowy, przeważnie niskiego

napięcia (do 80 woltów)

Prąd stały przerywany (galwaniczny przerywany) - jest to prąd jednokierunkowy

niskiego napięcia, przerywany systematycznie z częstotliwością od 30 razy na

minutę do 120 razy na minutę (kształt impulsu prostokątny).

Prąd stały przerywany o regulowanym kształcie impulsu ( dla prądów

selektywnych jest to kształt trapezu) o częstotliwościach rzędu kilku Hz.

Prąd zmienny sinusoidalny (sinus-farad) -jest to prąd zmienny o częstotliwości

50-90 Hz (poszczególne impulsy trwają około 0,02-0,01 s); prąd taki otrzymuje się z

sieci oświetleniowej, a w badaniach fizjologicznych otrzymuję się z układu silnik-

prądnica, albo też z generatora prądowego.

Prąd faradyczny normalny jest to prąd zmienny niskiego napięcia, asymetryczny

przerywany o częstotliwości rzędu kilkuset Hz (poszczególne impulsy trwają około

0,001 s); prąd taki otrzymuje się najczęściej z cewki indukcyjnej Ruhmkorfa

Prąd faradyczny modulowany - jest to prąd faradyczny o zmienianej stopniowo

amplitudzie, a czasem o zmienianej częstotliwości impulsów.

Prąd diatermiczny - jest to prąd zmienny o wielkiej częstotliwości rzędu 500 kHz

do 100 MHz, tzn. o długości fali od 600 metrów do 3 metrów; najczęściej stosuje się

prąd diatermiczny długofalowy (długości fali około 300 metrów) i prąd diatermiczny

krótkofalowy (długości fali od 3 do 12 metrów)

Najmniejszy czas działania prądu- stałego; potrzebny do spowodowania reakcji

fizjologicznej, nazywamy czasem użytecznym. Czas użyteczny służy za miarę

pobudliwości: im czas jest krótszy, tym pobudliwość jest większa.

Ponieważ bezpośrednie badania progu pobudliwości dają wyniki trochę

rozbieżne, przeto dla określenia pobudliwości nerwu i mięśni zostało wprowadzone

w fizjologii i w medycynie pojęcie tzw. chronaksji Określa się je mianowicie w ten

sposób, że wyznacza się najpierw minimalna wartość prądu stałego, dającą

pobudzenie (wartość ta nosi nazwę reobazy),a następnie podwaja się ją i dla tej

podwojonej wartości prądu wyznacza się jego czas użyteczny. Ten czas nosi nazwę

chronaksji. Na ryc.2 pokazany jest wykres zależności wartości natężenia prądu

stałego od jego czasu użyteczności; I 0 oznacza reobazę, 2I 0 - prąd chronaksji, t c -

chronaksję.

Prądy wielkiej częstotliwości wykazują nawet przy dużym napięciu i dużej

gęstości słabe działanie elektrochemiczne, a to z powodu częstej zmiany kierunku

napięcia; jony elektrolityczne mają dużą masę, a więc i dużą bezwładność; zyskują

wobec tego małe przyspieszenie i nie mogą podczas trwania napięcia jednego

kierunku przesunąć się dostatecznie daleko, żeby spowodować wyraźną zmianę

koncentracji. Dlatego też; końce wtórnego uzwojenia transformatora Tesli można

trzymać w rękach bez szkody dla organizmu, chociaż amperomierz, włączony

szeregowo w obwód z ciałem, wskazuje przepływ prądu rzędu kilku miliamperów i

chociaż żarówki włączone do tego obwodu świecą jasno.

Dawniej przypuszczano, że efekt ten pochodzi stąd, że prądy wielkiej

częstotliwości przepływają w tym przypadku tylko po powierzchni człowieka (tzw.

efekt naskórkowy). Pogląd ten jednak nie jest słuszny, gdyż efekt tego rodzaju

mogą dawać tylko bardzo dobre przewodniki, jak metale, ale nie takie, jakimi są

organizmy.

Mechanizm działania prądów elektrycznych. Napięcia i prądy

czynnościowe.

Tkanki ciała ludzkiego składają się z substancji elektrolitycznych o oporze

właściwym rzędu kilkuset W m. Tkanki zawierają jony różnych soli, przeważnie jony

Na (dodatnie) i jony Cl (ujemne) - w ilości około 6 g na 1l, a poza tym zawierają już

w znacznie mniejszej ilości jony: K, Ca, Mg, P i inne.

W tkankach rozłożone są równomiernie komórki zamknięte półprzenikliwą błoną,

której opór elektryczny jest znacznie większy od oporu otaczającej je substancji.

Wewnątrz komórek znajduje się substancja elektrolityczna o podobnych

właściwościach elektrycznych, jak substancja zewnętrzna. Kształt komórek można

pominąć początkowo przy ogólnych rozważaniach, podobnie jak i strukturę

wewnętrzną komórki. Opór elektryczny pojedynczej komórki jest spowodowany

prawie wyłącznie przez opór błony komórkowej. Opór elektryczny tkanki dla prądu

stałego jest określony głównie przez opór elektryczny pojedynczej błony

komórkowej i przez liczbę komórek przypadających na 1 cm 3 tkanki. Wartość oporu

elektrycznego tkanki dla prądu stałego nie ma na ogół większego znaczenia

praktycznego, stanowi ona natomiast ważną podstawę dla badania mechanizmu

przewodzenia prądów zmiennych.

Pod wpływem przyłożonego napięcia zewnętrznego jony przesuwają się w polu

elektrycznym wewnątrz komórek i w przestrzeniach międzykomórkowych, wskutek

czego w poszczególnych częściach tkanki przepływa prąd elektryczny i powstaje

zmiana koncentracji jonów, wywołująca polaryzację elektrolityczną i miejscowe

różnice potencjałów elektrycznych. Zjawiska te mają duże znaczenie fizjologiczne, a

w szczególności mogą wywołać podrażnienia tkanki, jeżeli tylko podnieta

elektryczna przekroczy pewną charakterystyczną dla danej tkanki wartość, tzw. próg

pobudliwości.

Dla komórek nerwowych i mięśniowych, które mają kształt walcowy, zjawisko

przewodnictwa elektrycznego na poszczególnych odcinkach przebiega podobnie jak

dla kabli elektrycznych. Spadek potencjału przy przepływie prądu wzdłuż komórki

następuje wtedy zgodnie z prawem Ohma, a spadek potencjału w poprzek komórki

można pominąć przy rozpatrywaniu oporu całej tkanki.

Inaczej przedstawia się sprawa przewodzenia przez komórki i tkanki prądu

zmiennego, mianowicie w tym przypadku należy uwzględnić opór pojemnościowy i

opór samoindukcyjny komórek, podobnie jak przy obliczaniu zawady elektrycznej .

Opory te zależą od częstotliwości kołowej co i tylko w niektórych przypadkach, kiedy

pojemność komórki i jej samoindukcja są tak dobrane, że opór zawady znika,

zagadnienie bardzo się upraszcza i opór pozorny komórki zbliża się do oporu

omowego.

Zmiany koncentracji jonów są na ogół proporcjonalne do gęstości prądu (tzn. do

natężenia prądu przypadającego na jednostkę powierzchni ciała), dlatego

największe zmiany fizjologiczne zachodzą w tych miejscach, w których elektrody

przyłożone do ciała mają powierzchnie najmniejszą (przy tym samym natężeniu

prądu).

Koncentracji jonów przeciwdziała zjawisko dyfuzji jonów, dzięki któremu jony

dążą do takiego położenia, przy którym rozkład ich jest najbardziej równomierny

Zjawisko dyfuzji zachodzi w tym większym stopniu, im większe są różnice

koncentracji jonów i wymaga pewnego czasu dla wyrównania rozkładu jonów; z

tego względu prądy krótkotrwałe (przy

których dyfuzja jonów gra rolę znikomą) wykazują znacznie silniejsze działanie

drażniące niż prądy długotrwałe, przeprowadzające przez ciało te samą ilość naboju

elektrycznego, tym się tłumaczy np. fakt, że prądy otwarcia w induktorze działają

pod względem fizjologicznym dużo silniej niż prądy zamknięcia.

Działanie elektropatologiczne prądów elektrycznych

Najbardziej niebezpieczne dla życia są prądy zmienne o małej częstotliwości,

rzędu 30-150 okresów na sekundę. Górna granica bezpieczeństwa wynosi dla nich

około 200 woltów napięcia; dla prądów stałych granica ta przesuwa się do 500

woltów. Jednak przy nieszczęśliwym zbiegu okoliczności mogą zajść przypadki

śmiertelne nawet przy 60 woltach prądu zmiennego i 250 woltach prądu stałego i

dlatego w technice przyjmuje się jako graniczną wartość bezpieczeństwa napięcie

42 woltów prądu zmiennego.

Wypadki porażenia prądem mogą się zdarzyć np. przy dotykaniu przewodów

mokrymi rękami, szczególnie w wannie (jeśli ta łączy się przypadkowo z jednym

biegunem elektrycznym, przy dotknięciu ręką drugiego bieguna itp.}. Granice

bezpieczeństwa są dla różnych osób różne, poza tym nagłe, nieoczekiwane

uderzenia elektryczne działają dużo silniej niż uderzenia spodziewane.

W większości wypadków śmierć następuje prawdopodobnie przez zatrzymanie

czynności serca wskutek drżeń włókienkowych. Przy dłuższym działaniu (ponad 2

minuty) następuje uduszenie wskutek ogólnego skurczu tężcowego mięśni. Często

jednak można jeszcze uratować porażonego prądem przez zastosowanie

sztucznego oddychania.

Prądy wielkiej częstotliwości nie są niebezpieczne nawet przy napięciu 100000

woltów i więcej. Działanie fizjologiczne jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalne

do pierwiastka kwadratowego z częstotliwości (w pewnym zakresie częstotliwości).

Do ujemnych skutków działania prądu należy też rozmnażanie się komórek

rakowych w organizmie, dlatego osoby będące na chemioterapii nie powinny

stosować prądów w leczeniu uzupełniającym.

Opór elektryczny ciała ludzkiego dla prądu stałego.

Mechanizm tych zjawisk jest na ogół bardzo różny w zależności od rodzaju

nośników ładunku elektrycznego w danej substancji (elektronów swobodnych,

jonów) jak również od rodzaju i wielkości przyłożonej siły elektromotorycznej

(różnicy potencjałów), od temperatury itd.

W tkankach żywego organizmu pod wpływem przyłożonego napięcia

zewnętrznego będą występowały najczęściej zjawiska typu elektrochemicznego ze

względu na to, że, tkanki składają się w dużej mierze z różnego rodzaju elektrolitów,

poprzedzielanych nieprzewodzącymi elektrycznie błonami. Zresztą o

przewodnictwie elektrycznym tkanek decyduje najczęściej ilość zawartej w nich

wody. Niezależnie jednak od tego mogą wchodzić w grę jeszcze inne zjawiska

natury elektrycznej, które należy wziąć pod uwagę w poszczególnych przypadkach.

Przy pomiarach prądem stałym otrzymuje się dla całego ciała ludzkiego przy

doprowadzeniu różnicy potencjałów do rąk jak ma to miejsce w przypadku

stosowania prądów selektywnych, ewentualnie do jednej ręki i do przeciwległej nogi,

opór elektryczny wartości rzędu paru tysięcy omów. Na rys.1 pokazana jest

zależność oporu elektrycznego dla ciała ludzkiego od przyłożonego napięcia

(według Freiberga), przy czym wartości oporu mogą się zmieniać w granicach

pomiędzy górną i dolną krzywą w obszarze zakreskowanym w zależności od

wilgotności ciała.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: