ELEKTROLECZNICTWO

Jest to dział fizykoterapii, w którym wykorzystuje się w celach leczniczych i diagnostycznych energię elektryczną. Zabiegi wykonuje się przy użyciu prądu stałego i zmiennego o różnej częstotliwości. Znajduje szerokie zastosowanie w leczeniu i rehabilitacji, w tym również w kombinacji z innymi metodami fizykoterapii.

W elektrolecznictwie wykorzystuje się działanie biologiczne prądu elektrycznego, który zależnie od rodzaju powodować może:

• pobudzenie nerwów i mięśni;

• uśmierzenie bólu;

• złagodzenie stanu zapalnego;

• zwiększyć ukrwienie tkanek;

• polepszać trofikę tkanek;

• intensyfikować przemianę materii;

• przyspieszać regenerację tkanek;

Prądy stosowane w elektrolecznictwie wywierają działanie biologiczne miejscowe i ogólne. Odpowiednia dawka określonego rodzaju prądu elektrycznego działając na tkankę nerwową i mięśniową wywołuje potencjały czynnościowe synchronicznie z impulsami prądu, a to spowodować może odpowiednio:

• wywołanie lub uśmierzenie bólu;

• wywołanie skurczu mięśnia szkieletowego;

• wywołanie skurczu mięśnia gładkiego;

• zwiększenie przepływu krwi i limfy w tkankach;

Działanie ogólne odpowiednich rodzajów prądu elektrycznego stosowanych w elektrolecznictwie dochodzi do skutku, między innymi przez:

• efekt wytrząsania, który ma mieć miejsce w przypadku prądów średniej częstotli-wości. Ich zmienne pole elektryczne wzbu-dzać ma ruchy wahadłowe i obrotowe cząsteczek w tkankach. To z kolei być może powoduje stykanie się ze sobą grup chemicznych o różnych ładunkach elek-trycznych i w rezultacie przyspiesza enzy-matyczny rozkład mediatorów bólu. Może być i tak, że powstająca w tych warunkach energia kinetyczna wpływa na stężenie różnych czynników uczestniczących w powstaniu bólu, jak np. jonów wodoru, czy potasu. Z efektem wytrząsania wiąże się nie tylko działanie przeciwbólowe prądu elektrycznego, ale również zwiększenie pod jego wpływem przemiany materii, polepszenie trofiki tkanek, przyspieszenie regeneracji czy zmniejszanie obrzęków.

• przedłużenie depolaryzacji, tzw. efekt plateau, występujące pod wpływem prądów średniej częstotliwości;

• przemieszczanie się jonów, występujące pod wpływem prądu galwanicznego;

• wzbudzanie ciepła w tkankach przez prądy wielkiej częstotliwości;

Należy podkreślić, że zabiegi elektrolecznicze sto-suje się obecnie tylko jako uzupełnienia farmako-terapii i kineziterapii.

Uwagi dotyczące aparatów do elektrolecz-nictwa i elektrodiagnostyki

Aktualnie w handlu dostępnych jest wiele rodza-jów aparatów do elektodiagnostyki i elektroterapii. Rzadko są to już aparaty wytwarzające tylko jeden rodzaj prądu, np. prądu galwanicznego, czy prądów impulsowych małej częstotliwości. Są to z reguły aparaty wytwarzające wszystkie rodzaje prądów małej i średniej częstotliwości, przy tym bardzo często wytwarzające również ultradźwięki. Niekiedy wytwarzają również fale podciśnieniowe. Natomiast nadal wytwarza się oddzielne aparaty do stosowania diatermii krótko- lub mikrofalowej.

Wszystkie obecnie wytwarzane aparaty można podzielić zależnie od wykorzystania zdobyczy współczesnej techniki na pewne grupy:

Do aparatów pierwszej generacji zalicza się aparaty skonstruowane na zasadach elektroniki analogowej. Są to nadal doskonałe aparaty, wykorzystujące tranzystory, oporniki czy inne elementy elektroniki uważane dzisiaj już za tradycyjne. Wytwarzają jednak najprostsze formy prądu.

Aparaty, które oprócz analogowej elektroniki dysponują już elektroniką cyfrową, należą do drugiej generacji.

Natomiast do aparatów trzeciej generacji należą te, które oprócz elementów aparatów pierwszej i drugiej generacji wykorzystują 8 bitowy mikroprocesor. Aparaty te stawiają do dyspozycji użytkowników szereg ułatwień przy wykonywaniu zabiegów i zapewniają więcej bezpieczeństwa pacjentom dzięki możliwościom ścisłej kontroli parametrów pracy aparatu w czasie zabiegu.

Najnowsze aparaty zaliczyć należy już do czwartej generacji. Posiadają już dwa, kontrolujące się wzajemnie mikroprocesory, w tym często super szybki mikroprocesor 32 bitowy DSP ( Digitaler Signal Prozessor) wytwarzający z dużą dokładnością wszystkie złożone sygnały.

Dział fizykoterapii posługujący się energią elektryczną podzielić można na:

• elektrolecznictwo

• elektrodiagnostykę

Elektrolecznictwo może być stosowane w postaci:

• monoterapii,

• w kombinacji z innymi metodami

Celem elektrodiagnostyki jest:

• stwierdzenie rodzaju, lokalizacji i ciężkości uszkodzenia w układzie nerwowo-mięśniowym

• kontrola przebiegu leczenia uszkodzenia układu nerwowo-mięśniowego

Fizyczne podstawy elektryczności

Budowa atomu

Atom jest podstawowym elementem materii, o właściwościach danego pierwiastka. Atomy łączą się w ściśle określony sposób tworząc drobiny, zwane też cząsteczkami. Wszystkie substancje - gazy, ciecze i ciała stałe - składają się z wielkiej liczby atomów o bardzo małych rozmiarach, np. teoretycznie gdyby 80 - 100 milionów atomów ułożyć w łańcuszek to miałby on długość zaledwie 1cm, a 1 dm3 gazu zawiera ok. 27 trylionów cząsteczek. Atomy w gazach poruszają się swobodnie względem siebie, chaotycznie, zderzając się. W płynach ślizgają się bezładnie, trzymając się jednocześnie blisko siebie. Natomiast w ciałach stałych są regularnie poustawiane i tworzą pewną strukturę, praktycznie nie mogąc przemieszczać się względem siebie.

Każdy atom składa się z jądra i powłoki, utworzonych z cząstek elementarnych. Jądro składa się z nukleonów, czyli dodatnio naładowanych protonów i pozbawionych ładunku elektrycznego neutronów. Protony odpychają się wzajemnie i utrzymywane są trwale obok neutronów przez siły jądrowe, które są bardzo duże, ale o zasięgu działania tylko w obrębie jądra. Powłoka atomu utworzona jest przez ujemnie naładowane elektrony, krążące po okrągłych lub eliptycznych orbitach wokół jądra z ogromną prędkością 2000 km/sek. Liczba elektronów zależy od ładunku jądra. Liczby ładunków protonów i elektronów są równe, lecz o przeciwnych znakach.

Model atomu Bohra

Elektrony krążą wokół jądra atomu po ściśle określonych orbitach stacjonarnych. Elektrony krążące na danej orbicie posiadają określoną ilość energii ( tzw. poziom energetyczny). Im bliżej jądra położona jest orbita, tym mniejsza jest energia krążących po niej elektronów. Jeśli elektron przechodzi z orbity stacjonarnej na orbitę o mniejszej energii to oddaje tę różnicę energii w postaci kwantu promieniowania i następuje wtedy emisja energii. Natomiast zamiana orbity stacjonarnej na orbitę o wyższej energii przebiega z pobraniem energii.

Elektryczność

W atomie może zmieniać się liczba elektronów, na skutek ich przyłączania lub odczepiania. Najsłabiej związane z atomem są elektrony położone najdalej od jądra i dlatego najłatwiej ulegają odczepieniu. Po odczepieniu krążą swobodnie między atomami lub przyłączają się do innych atomów. W ten sposób, w wyniku przyłączenia lub odczepienia elektronów, obojętny atom zyskuje lub traci elektrony. Proces ten nazywa się jonizacją, a naładowany elektrycznie atom jonem. W jonach pozbawionych jednego lub kilku elektronów występuje przewaga ładunków dodatnich - są to jony dodatnie (znak +). Z uwagi na to, że jony dodatnie w polu elektrycznym przemieszczają się do katody( bieguna ujemnego ) nazywa się je kationami. Natomiast jony z nadmiarem jednego lub kilku elektronów, czyli z przewagą ładunków ujemnych nazywa się jonami ujemnymi (znak -), a w związku z tym, że w polu elektrycznym przemieszczają się do anody ( bieguna dodatniego ) nazywa się je anionami.

Atom w którym znajduje się równa liczba protonów i elektronów znajduje się w równowadze elektrycznej, czyli jest elektrycznie obojętny i nie oddziałuje elektrycznie na otoczenie, tzn. pole elektryczne praktycznie nie wychodzi poza obręb atomu. Natomiast ciało składające się z atomów, w których występuje niedobór lub nadmiar elektronów, czyli z brakiem równowagi między ilością ładunków dodatnich i ujemnych, jest naelektryzowane, czyli naładowane elektrycznie. Na zewnątrz takiego ciała pojawia się pole elektryczne, które jest wyrazem dążenia do przywrócenia równowagi. Ciało naładowane dodatnio ( z przewagą ładunków dodatnich) dąży do uzupełnienia brakujących elektronów, a naładowane ujemnie ( z przewaga ładunków ujemnych ) stara się pozbyć nadmiaru elektronów. Pomiędzy ładunkami elektrycznymi oddziałują siły, które można obliczyć na podstawie prawa Kulomba, stwierdzającego, że między dwoma ładunkami punktowymi działa siła proporcjonalna do wielkości ładunku i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Jednostką miary ładunku jest kulomb ( 1C = 6,242 x 1018 elektro-nów).

Ładunki elektryczne równoimienne odpychają się wzajemnie, róż-noimienne przyciągają się.

Czyli : - odpycha -

+ odpycha +

- przyciąga +

+ przyciąga -

Cząstki obojętne elektrycznie przyciągane są zarówno przez biegun dodatni jak i ujemny.

Nazwa elektryczność pochodzi od greckiego słowa elektron ( bur-sztyn) , ponieważ spostrzeżono, że potarty suknem bursztyn przycią-ga lekkie ciała, jak włosy, lniane nitki, drewniane wiórki. Okazało się, że w wyniku potarcia jednych ciał o drugie jedne mogą zabierać,a drugie tracić elektrony.

Prąd elektryczny

Jest to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. Ciała, w których istnieją ładunki swobodne ( jony lub elektrony), mogące się swobodnie poruszać pod wpływem zewnętrzego pola, nazywa się przewodnikami. Natomiast ciała, w których nie ma swobodnych ładunków nazywa się izolatorami (dielektrykami). Jest to podział przybliżony, ponieważ istnieje grupa ciał, która zaliczana jest do przewodników lub izolatorów w zależności od warunków np. temperatury, są to tzw. półprzewodniki. Metale i półprzewodniki są ciałami stałymi ,w których występują swobodne elektrony. W metalach liczba elektronów swobodnych jest duża i nie zależy od warunków zewnętrznych. Najlepiej przewodzą prąd srebro, miedź, aluminium, cynk, żelazo. Natomiast w półprzewodnikach liczba ładunków swobodnych zależy od temperatury i w zależności od niej ciało jest izolatorem bądź przewodnikiem. Należy do nich german, krzem, selen, tellur itd. Nie przewodniki, czyli izolatory, są materiałami zbudowanymi z atomów, z których nie odczepiają się swobodne elektrony i w których brak jest również jonów. Do izolatorów należą m. inn. woda destylowana, oleje, guma, szkło, papier, suche drewno. Gazy należą do izolatorów. Dopiero ogrzanie, rozcieńczenie, działanie promieni gamma lub Rentgena, powodując jonizację gazu, sprawia, że staje się on przewodnikiem elektryczności

Ciecze, które przewodzą prąd nazywa się elektrolitami. Są to roz-puszczalne w wodzie kwasy, zasady i sole. Należy dodać, że po rozpuszczeniu ich w wodzie następuje samorzutnie proces jonizacji ich atomów i cząsteczek. Proces ten nosi nazwę dysocjacji elektrolitycznej.

Przewodniki elektryczności dzieli się na:

• przewodniki pierwszorzędowe. Są to materiały, w których istnieją zawsze swobodne elektrony, będące nośnikami elektryczności, a przepływający prąd nie powoduje w nich żadnych zmian.

• przewodniki drugorzędowe. Stanowią je materiały, w których istnieją jony będące nośnikami elektryczności. W tym przypadku ruch elektronów w nich związany jest z przemieszczaniem się ujemnych jonów. W drugorzędowych przewodnikach elektryczności, połączonych ze źródłem prądu, przepływający prąd powoduje jednak również przemieszczanie się jonów dodatnich i to w kierunku bieguna ujemnego. Tak więc w rzeczywistości istnieje w nich przepływ dwóch prądów i to w przeciwnych kierunkach: anionów do anody i kationów do katody.

Pole elektryczne

Wokół ładunków elektrycznych wytwarza się pole elektryczne.

Napięcie prądu

Uporządkowany ruch elektronów w przewodnikach elektryczności od bieguna ujemnego do dodatniego możliwy jest dzięki sile elektromotorycznej, którą nazywa się napięciem. Napięcie jest to różnica potencjałów między miejscem, w którym istnieje pewien nadmiar elektronów (katoda), a miejscem , w którym występuje ich niedobór (anoda). Po połączeniu tych miejsc (biegunów ) np. przewodem metalowym, ładunki ujemne przepływają tak długo w kierunku bieguna dodatniego, aż dojdzie do uzyskania równowagi tzn. do chwili gdy napięcie spadnie do zera. Jednostką miary napięcia jest Wolt (V).

Szybkość przepływu prądu

Szybkość przepływu prądu w przewodnikach elektryczności wynosi 300.000 km/sek. Poszczególne elektrony nie płyną jednak od początku do końca przewodnika. Po przebyciu bowiem jakiegoś krótkiego odcinka uderzając w napotkany atom powodują uwolnienie następnych elektronów, albo gdy ten jest naładowany dodatnio łączą się z nim.

Natężenie prądu

Miarą siły prądu, czyli ilości elektryczności przepływającej przez przekrój jakiegoś przewodnika w ciągu sekundy, jest natężenie prądu. Jednostką miary natężenia prądu w układzie SI jest Amper (A).

Gęstość prądu

Gęstość prądu oznacza stosunek natężenia prądu do wielkości po-wierzchni przez którą przepływa. Jeśli prąd przepływa przez dwie elektrody o równej powierzchni to gęstość prądu pod każdą z nich będzie taka sama, natomiast jeśli nie będą równe to gęstość prądu będzie większa pod mniejszą elektrodą. W skierowaniu na zabiegi należy podawać gęstość prądu dla powierzchni elektrody czynnej w mA/cm2.

Opór

Przepływ elektronów w przewodniku napotyka na pewien opór, którego wielkość zależy od rodzaju przewodnika, długości i przekroju. Jest to tzw. opór Ohma. Opór ten zwiększa się wraz z długością przewodnika i zmniejszaniem się jego przekroju. Mniejszym oporem cechują się dobre przewodniki, takie jak srebro, miedź, aluminium. Opór elektryczny w przewodnikach metalicznych wzrasta wraz z temperaturą (tzw. zimne przewodniki), w przeciwieństwie do elektrolitów, w których wraz ze wzrostem temperatury opór maleje (ciepłe przewodniki).

Prawo Ohma stwierdza, że natężenie prądu w przewodniku jest wprost proporcjonalne do napięcia i odwrotnie proporcjonalne do oporu. Prawo to dotyczy prądu stałego i prądu zmiennego małej częstotliwości, natomiast nie obejmuje prądów zmiennych wielkiej częstotliwości.

Oporem pojemnościowym nazywa się opór jaki stawia prądowi elektrycznemu nieprzewodzący dielektryk.

Skóra ludzka, a właściwie zrogowaciały naskórek, posiada pewien opór zgodny z prawem Ohma oraz opór pojemnościowy. Opór całkowity skóry zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości impulsów. Jest on przyczyną pewnego zniekształcenia postaci impulsu działającego na skórę. Tylko impulsy prądu sinusoidalnego nie ulegają zniekształceniom lecz zostają natomiast przesunięte w fazie.

Kierunek przepływu prądu elektrycznego

Działanie biofizyczne prądu zależy między innymi od kierunku przepływu prądu. Zgodnie z tym co przyjął fizyk Ampere, do dzisiejszego dnia za kierunek płynącego prądu przyjmuje się umownie kierunek przesuwania się ładunków dodatnich do ujemnych. Jest to jednak niezgodne ze stanem faktycznym, bowiem od czasu odkrycia elektronów wiadomo, że prąd płynie od bieguna ujemnego do dodatniego. Ze względu jednak na to, że sprostowanie tego błędu pociągnęłoby za sobą konieczność zmiany oznaczeń w istniejących już wówczas licznych urządzeniach i aparatach elektrycznych utrzymuje się nadal tę fikcję.

Rodzaje prądu elektrycznego

Wyróżnia się zasadniczo dwa rodzaje prądu elektrycznego: stały i zmienny. Prąd stały płynie w stałym kierunku i ma stałe, niezmienne w czasie natężenie. Natomiast prąd zmienny nie płynie w sposób ciągły, lecz nośniki ładunku elektrycznego oscylują (drgają) w stosunku do położenia spoczynkowego. Czas powtarzania się każdego pełnego przemieszczenia albo cyklu nazywa się okresem. Każdy okres składa się z dwóch połówek fali : wychylenia dodatniego i ujemnego. Liczba okresów w jednej sekundzie stanowi częstotliwość. W prądzie zmiennym o częstotliwości 50 Hz w czasie sekundy zachodzi 100 razy zmiana kierunku przepływu prądu. Prąd taki charakteryzuje się okresową zmianą znaków w czasie. Istniejąca dwukierunkowość lub dwubiegunowość sprawia, że w działaniu na pobudliwą tkankę nie przejawia cech prądu galwanicznego (nie powoduje elektrolizy), w związku z czym określa się to jako działanie bezbiegunowe.

Prąd zmienny posiada naturę falową, drgające cząsteczki udzielają ruchu sąsiednim, wszystkie poruszają się w sposób uporządkowany przestrzennie i czasowo w tej samej fazie drgań. Długość fali równa jest jednemu okresowi, a więc jest także funkcją częstotliwości. Im większa jest częstotliwość prądu, tym krótsza jest długość fali. Zwiększa się wtedy kąt wzrastania fali czyli natężenie prądu wzrasta bardziej stromo, ponieważ amplituda fali odpowiada wielkości natężenia prądu ( im jest większa tym natężenie prądu jest większe). Od czasu trwania okresu i wysokości amplitudy zależy działanie drażniące prądu.

Występujący w sieci prąd zmienny sinusoidalny o częstotliwości 50Hz zostaje odpowiednio zmieniony zanim użyje się go do elektroterapii. Po przepuszczeniu takiego prądu przez prostownik zostaje z niego tylko jedna połówka okresu - dodatnia lub ujemna. W przypadku prostowania jednokierunkowego zostają tylko dodatnie połówki fali, ujemne są odrzucone. Przy całkowitym prostowaniu obie połówki zostają, są dodatnie a więc ich częstotliwość zostaje podwojona. Częstotliwość można modulować zmieniając ilość połówek fal w jednostce czasu.

Przy całkowitym prostowaniu prądu sieciowego uzyskuje się prąd o częstotliwości 100Hz. Stosowane w elektroterapii prądy małej częstotliwości są w swej istocie odpowiednio przerywanym prądem stałym ( zachowany jest jeden kierunek przepływu elektronów), składającym się z impulsów o różnym kształcie, amplitudzie, i w różnych układach czasowych. Ponieważ prąd stały cechuje brak częstotliwości, określenie częstotliwość w tym przypadku odnosi się do ilości impulsów na sekundę.

Należy pamiętać, że podział ten ma jedynie umowny charakter.

Rodzaje prądów stosowanych w elektrolecznictwie

Należy pamiętać, że podział ten ma jedynie umowny charakter. Dotyczy tylko prądów stosowanych w fizykoterapii. Odbiega bowiem znacznie od podziału technicznego przyjętego odpowiednimi konwencjami międzynarodowymi w świecie.

1. Prądy małej częstotliwości, tj. od 0 do 1000Hz.

Z wyżej przytoczonych powodów umownie zalicza się do nich również prąd galwaniczny, pomimo że jest to prąd stały.

2.Prądy średniej częstotliwości, tj. od 1000 do 100.000 Hz

• - prądy zmienne

• - prądy interferencyjne

• - modulowane prądy średniej częstotliwości

3. Prądy wielkiej częstotliwości, tj. od 500 kHz do 5000 MHz

• - krótkie fale, o długości fali 11,06m

• - decymetrowe, o długości fali 0,69m

• - mikrofale, o długości fali 0,125m

---