Elektrolecznictwo

Historia stosowania prądów elektrycznych w terapii liczy już ponad 150 lat. Wynikiem docenienia możliwości terapeutycznych elektroterapii przez fizjoterapeutów jest fakt, że stała się ona najbardziej obszernym działem fizykoterapii obejmującym wiele metod leczniczych. Od wielu lat obserwuje się także coraz częstsze wykorzystanie wybranych zabiegów elektrycznych w zabiegach rewitalizujących skórę oraz w odnowie biologicznej.

Prąd elektryczny jest to uporządkowany ruch naładowanych cząstek elektrycznych. W ciałach stałych rolę ładunków elektrycznych spełniają elektrony, które przemieszczają się od elektrody ujemnej do dodatniej ( wszystkie nośniki ładunku elektrycznego poruszają się w tym samym kierunku). W cieczach rolę nośników pełnią jony- ujemnie naładowane aniony i dodatnio naładowane kationy (przepływ ładunków odbywa się jednocześnie w obu kierunkach). Warunkiem przepływu prądu jest wytworzenie różnicy potencjału między elektrodami. Różnicę potencjałów uzyskuje się przez zastosowanie zewnętrznego źródła energii.

Podstawową wielkością opisującą przepływ prądu elektrycznego jest jego natężenie (I). Jest to ilość ładunku przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika w jednostce czasu. Jednostką natężenia prądu elektrycznego jest amper [A]. Dla potrzeb fizykoterapiii stosuje się mniejszą jednostkę –mA (1A=1000 mA).

Biologiczne działanie prądu elektrycznego

Dla potrzeb fizykoterapii wyróżnia się następujące rodzaje prądów elektrycznych:

- prąd stały inaczej zwany prądem galwanicznym, którego kierunek i natężenie nie ulega zmianie w czasie,

- prąd impulsowy:

A) jednokierunkowy, który płynie zawsze w tym samym kierunku, lecz zmienia swoje natężenie w czasie przepływu; impulsy tego prądu mogą mieć różne kształty np. prostokątny (tzw. Prąd galwaniczny przerywany), trójkątny lub sinusoidalny,

B) dwukierunkowy (zmienny) który zmienia kierunek przepływu i natężenie w czasie (np. prądy sisnusoidalne); impulsy tego prądu mogą również przybierać różne kształty.

Przedstawiony podział jest umowny i w piśmiennictwie można spotkać różną nomenklaturę. Istotne jest zrozumienie cech fizycznych określonego rodzaju prądu, kierunku jego przepływu, zmian natężenia i częstotliwości impulsów, one bowiem warunkują odmienne efekty biologiczne w tkankach, a tym samym zastosowanie danego typu prądu w różnych rodzajach terapii.

Prąd elektryczny wywołuje określone reakcje ze strony skóry, naczyń krwionośnych, nerwów i mięśni. Efekt biologiczny zależy od takich parametrów fizycznych jak:

- rodzaj zastosowanego prądu (stały, impulsowy)

- częstotliwość impulsów (prąd małej, średniej lub wielkiej częstotliwości)

- czas trwania impulsu i jego kształt

- natężenie prądu

- gęstość prądu

Woda stanowi około 60% masy naszego ciała, a elektrolity, które dysocjują na jony są składnikami wszystkich płynów ustrojowych. Przykładając do danej części ciała dwie elektrody podłączone do źródła prądu, wywołujemy przepływ prądu przez tkanki. Rolę nośników prądu spełniają w tym przypadku jony dodatnie- kationy i jony ujemne aniony. Warunkiem przepływu prądu jest zamknięcie obwodu, czyli zastosowanie dwóch elektrod o przeciwnym potencjale: dodatniej- anody i ujemnej- katody.

W bardzo dużym uproszczeniu tkankę ludzką można przedstawić jako zespół przewodników jonowych, półprzewodników i izolatorów. Poszczególne tkanki ludzkie różnią się między sobą zawartością elektrolitów i uwodnieniem, a tym samym stopniem przewodnictwa prądu elektrycznego.

Najlepszymi przewodnikami są tkanki dobrze uwodnione, a więc krew, płyn mózgowo-rdzeniowy, tkanka tłuszczowa i tkanka kostna. W zabiegach z elektroterapii duże znaczenie ma warstwa rogowa naskórka, składająca się z martwych komórek, które cechują się większą opornością właściwą niż komórki dobrze uwodnione i stanowią barierę dla przepływu prądu. Istotne jest, że prąd płynie zawsze drogami o najmniejszym oporze. W przypadku skóry wzdłuż ujść gruczołów potowych, ponieważ są one wypełnione potem zawierającym dużą ilość elektrolitów. W tkankach głębiej położonych prąd płynie zgodnie z przebiegiem naczyń krwionośnych i limfatycznych oraz nerwów skóry, tkanki podskórnej i mięśni.

Przepływający przez tkanki prąd wywołuje w nich wiele reakcji fizykochemicznych i fizjologicznych ze strony skóry, mięśni, naczyń krwionośnych i nerwów. Zalicza się do nich zjawiska:

- elektrochemiczne

- elektrokinetyczne

- elektrotermiczne

Zjawiska elektrochemiczne

Zjawiska elektrochemiczne, związane z elektrolizą, występują podczas przepływu prądu przez elektrolity tkankowe. Elektrolitami w tkance są związki dysocjujące na jony. Pod wpływem przyłożonego napięcia dochodzi do przemieszczania się jonów w kierunku właściwych elektrod. Typowymi przykładami elektrolitów są roztwory soli, zasad i kwasów. Jony dodatnie- jony metali i jony wodoru- poruszają się w kierunku katody. Jony ujemne- jony reszt kwasowych i grup wodorotlenowych- poruszają się w kierunku anody.

Przepływowi prądu w elektrolitach towarzyszy zjawisko elektrolizy. Aniony po zetknięciu z anodą i kationy po zetknięciu z katodą zobojętniają się, tworząc cząsteczki odpowiednich związków. Reakcje zachodzące na elektrodach noszą nazwę reakcji pierwotnych. Zobojętnione jony reagują jednak dodatkowo z materiałem elektrody lub wodą, dlatego substancje powstałe na elektrodach w wyniku reakcji wtórnych różnią się od produktów pierwotnych. Zjawisko to tłumaczy przesunięcie odczynu tkanek w pobliżu katody, pod wpływem obecności jonów wodorotlenowych OH-, w kierunku zasadowym.

Alkalizacja w okolicy elektrody ujemnej przy dostatecznie dużej gęstości prądu, może spowodować uszkodzenie tkanki o charakterze rozpływowym (rozpuszczenie białek). W wyniku obecności jonów H+ w otoczeniu anody powstaje odczyn kwaśny. Niskie pH, przy dostatecznie dużej gęstości prądu jest powodem ścinania się białka. Zmiany pH tkanek przy wystarczającej gęstości prądu skutkują uszkodzeniami elektrochemicznymi pod elektrodami.

Zjawisko, w pewnym sensie niekorzystne, jest wykorzystywane do niszczenia niepożądanych struktur (np. zabiegi epilacji elektrycznej). Pod katodą dochodzi do martwicy koagulacyjnej, a pod katodą do rozpływnej.

Zjawiska elektrokinetyczne

Przykładami zjawisk elektrokinetycznych powstałych w tkance pod wpływem przyłożonego prądu są elektroforeza i elektroosmoza. Organizm ludzki jest złożonym, dynamicznym układem koloidowym składającym się z roztworów wodnych białek tłuszczów i wielocukrów. Układ koloidalny (emulsja) jest to mieszanina składająca się z dwóch substancji,które nie reagują ze sobą chemicznie. Jedna substancja (zwana fazą rozproszoną) jest tak dobrze rozprowadzona w drugiej (zwanej fazą rozpraszającą), że mieszanina sprawia wrażenie jednorodnej. Nie jest to jednak mieszanina na poziomie pojedynczych cząsteczek.

W zjawisku elektroforezy w wyniku przyłożenia napięcia dochodzi do wędrówki cząsteczek koloidu w polu elektrycznym. Cząsteczki naładowane dodatnio wędrują w kierunku katody (kataforeza), a cząsteczki naładowane ujemnie w kierunku anody (anaforeza). Procesom elektroforezy może towarzyszyć zjawisko elektroosmozy, czyli wędrówki całego ośrodka fazy rozpraszającej względem fazy rozproszonej przez ośrodek kapilarny, np. błonę komórkową. W rezultacie dochodzi do przesunięcia wody w kierunku katody, czego efektem jest obserwowany lekki obrzęk w jej okolicy, spowodowany gromadzenie się wody, natomiast w okolicy anody uwodnienie tkanki się zmniejsza.

Opisane zjawiska elektrochemiczne i elektrokinetyczne są bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na fizjologiczne efekty oddziaływania prądu elektrycznego na pobudliwe struktury organizmu. Wymuszone przemieszczanie się jonów i cieczy przez błonę komórkową powoduje zmiany w różnicy potencjału między komórką a środowiskiem zewnętrznym. Dochodzi przez to do zmian pobudliwości błony komórkowej. Przemieszczanie się jonów i całych cząsteczek przez błonę komórkową może być przyczyną zmian w funkcjonowaniu komórki lub stymulacji określonych procesów fizjologicznych. Zjawiska te są wykorzystywane np. w zjawiskach jonoforezy.

Prąd elektryczny ułatwia bowiem przenikanie niektórych jonów substancji czynnych przez błony komórkowe do wnętrza komórki. Ruch jonów i cząsteczek w wyniku zjawisk elektrokinetycznych powoduje zmiany w składzie środowiska wewnątrz- i zewnątrzkomórkowego. Są one inicjatorami przemian wewnątrzkomórkowych, takich jak:

- zmiany w metabolizmie komórki

- zmiany pobudliwości błony komórkowej

- przenikanie jonów przez błony komórkowe

- przyspieszenie lub opóźnienie utrwalania niektórych substancji, np. wywołujących efekt naczynioruchowy lub neuromediatorów.

Zjawiska elektrotermiczne

Ciepło powstałe w tkankach jest wynikiem tarcia między poruszającymi się jonami a strukturami tkanek. W przypadku zastosowania prądu stałego lub impulsowego małej lub średniej częstotliwości ilość wytworzonego ciepła jest niewielka i nie ma większego znaczenia terapeutycznego. Najbardziej widoczne zjawiska elektrotermiczne zachodzą pod wpływem prądów dwukierunkowych wielkiej częstotliwości (jony poruszają się wówczas w takt zmian biegunów prądu), w tym szybsze ruchy jonów i cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym i tym większa ilość wytworzonego ciepła.

Fizjologiczne reakcje tkanki na działanie prądu elektrycznego

Zdolność do reagowania na bodźce jest określana jako pobudliwość. Jest ona cechą żywej materii. Cechą pobudliwości jest zmiana metabolizmu komórkowego pod wpływem bodźca płynącego z zewnątrz. Pobudliwość wykazują całe organizmy oraz tkanki i pojedyncze komórki. Ze względu na zdolność do reagowania tkanek na zewnętrzne bodźce elektryczne można wyróżnić struktury pobudliwe i niepobudliwe. Do struktur pobudliwych zaliczamy tkankę nerwową znajdującą się w różnych narządach i układach naszego ciała, m.in. W tkance mięśniowej organów jamy brzusznej oraz w mięśniu sercowym. Do struktur pobudliwych zaliczamy również gruczoły wydzielnicze.Stymulacja struktur wrażliwych na bodźce wywołuje reakcje czuciowe, ruchowe lub wydzielnicze.

Reakcje ze strony nerwów i mięśni

Do tkanek pobudliwych na bodźce elektryczne zalicza się tkankę nerwową i tkankę mięśniową. W wyniku pobudzenia dochodzi do zmiany w polaryzacji błony komórkowej, zwanej potencjałem czynnościowym. Tę zmianę w pobudliwości nerwów i mięśni określa się elektrotonus. Pod katodą obserwuje się zwiększenie pobudliwości tkanki-katelektrotonus. Pod anodą pobudliwość tkanki zmniejsza się i zjawisko to określa się jako anelektrotonus.

Efektem zmniejszenia się pobudliwości włókien i zakończeń nerwowych jest hamowanie bólu na poziomie obwodowym, dlatego galwanizację anodową w rehabilitacji i odnowie biologicznej stosuje się w zespołach bólowych i zespołach przeciążeniowych.Reakcją ze strony mięśni jest spadek napięcia pod anodą, a wzrost pod katodą.

Osobnym zagadnieniem jest proces wywoływania skurczów mięśnia lub całych grup mięśniowych,za pomocą impulsów prądu elektrycznego. Przy zastosowaniu impulsów o odpowiedniej częstotliwości można wywołać skurcz mięśnia. Zabieg elektrostymulacji jest powszechnie stosowany w gabinetach kosmetycznych i gabinetach odnowy biologicznej oraz reklamowy jako wspomagający odchudzanie i „rzeźbienie” atrakcyjnej sylwetki ciała.

Reakcja ze strony naczyń krwionośnych

W czasie przepływu każdego rodzaju prądu elektrycznego występuje miejscowe przekrwienie tkanek. W przypadku zabiegów z użyciem prądu stałego intensywniejsze zaczerwienienie skóry obserwuje się pod katodą. Mechanizm powstawania rumienia nie jest do końca poznany. Prawdopodobnie jest on wynikiem drażnienia zakończeń nerwowych układu wegetatywnego oraz uwalnianiem się w tkankach substancji rozkurczających naczynia. Zabiegi prądami impulsowymi wielkiej częstotliwości wywołują znacznie silniejszy rumień skóry, powstający na skutek wytworzenia znacznej ilości ciepła endogennego pod wpływem tarcia między jonami a środowiskiem.

Reakcje ze strony naczyń krwionośnych wynikające z działania prądów można podzielić na trzy fazy:

Fazę I,która występuje w trakcie trwania zabiegu oraz bezpośrednio po jego zakończeniu. Największe rozszerzenie naczyń powierzchownych skóry obserwuje się pod elektrodami (silniejsze pod katodą,słabsze pod anodą).

Fazę II w której powierzchowne rozszerzenie naczyń ustępuje, natomiast dochodzi do rozszerzenia naczyń głębiej położonych. Trwa ok. 30 minut po zabiegu.

Fazę III,w której pozostaje przekrwienie głębokie, utrzymujące się do kilku godzin po zabiegu. W fazie tej obserwujemy wzmożoną gotowość skóry do przekrwienia. Ogrzanie skóry po ustąpieniu odczynu ze strony naczyń powierzchownych powoduje wystąpienie intensywnego rumienia w miejscu poddanym uprzednio działaniu prądu. Tłumaczy się to przekrwieniem tkanek głębiej położonych.

Różnice w oddziaływaniu prądu stałego i prądów impulsowych

W zależności od częstotliwości stosowanych impulsów wyróżnia się prądy małej, średniej i wielkiej częstotliwości.

W przypadku prądu stałego i prądów impulsowych, jednokierunkowych jony wędrują w jednym kierunku. Prąd zmienny natomiast powoduje oscylację jonów zgodnie ze zmianą biegunów prądu na elektrodach. W zabiegach fizykoterapeutycznych wykorzystujących prąd zmienny nie określa się biegunów prądu, a prawdopodobieństwo wystąpienia tzw. Negatywnych efektów galwanicznych w postaci uszkodzenia skóry, będących wynikiem powstawania wtórnych produktów zmian elektrochemicznych pod elektrodami, jest znikome.

Częstotliwość prądu wpływa na pobudliwość tkanki nerwowej i mięśniowej.

Prądy małej częstotliwości działają słabiej na receptory czuciowe skóry i dlatego są lepiej tolerowane niż prąd galwaniczny.Prądy średniej częstotliwości wnikają głębiej do tkanki niż prąd galwaniczny i prądy małej częstotliwości.

Prądy wielkiej częstotliwości powodują w tkance oscylację jonów. W wyniku ich tarcia ze środowiskiem powstaje ciepło.

Ilość wytworzonego ciepła w tkance pod wpływem prądów stałych oraz impulsowych małej i średniej częstotliwości jest znikoma.

Zabiegi z użyciem prądu stałego