5
Uniwersytet Medyczny w Łodzi
Wydział fizjoterapii (licencjat dzienny)
Temat: Wprowadzenie do elektroterapii. Analiza prądów stosowanych w elektroterapii.
4.03.2008
1. Podstawowe pojęcia związane z elektrycznością
Elektryczność jest jedną z podstawowych form energii w naukach fizyki i może również powodować znaczne efekty w tkankach biologicznych. Ładunek elektryczny jest podstawową właściwością materii, która jest podstawą siły elektromagnetycznej. Istnieją dwa rodzaje ładunków: dodatni i ujemny. Na najprostszym poziomie ładunki są przenoszone przez elektrony (ujemny) i protony (dodatni) atomu. Ładunki o takim samym znaku odchylają się, a o przeciwnym przyciągają się. Ładunek może przemieszczać się z jednego obiektu do innego.
W przyrodzie obowiązuje zasada zachowania ładunku, niepodzielny jest ładunek elementarny (nośnik elektron i proton) o wartości e=1,602 x 10-19C. W układzie izolowanym elektrycznie całkowita suma ładunków elektrycznych nie może ulec zmianie. Koncepcja ładunku elektrycznego nie ogranicza się do elektronowego poziomu materii. Jeżeli atom straci elektrony, bez zmiany ilości protonów w jądrze, staje się naładowany dodatnio (kation). Jeżeli atom pozyska elektrony staje się naładowany ujemnie (anion). Atomy pierwiastków, które mają deficyt lub nadmiar elektronów nazywają się jonami. Siła elektryczna naładowanych cząsteczek jest przenoszona do innych naładowanych cząsteczek poprzez pole elektryczne, które tworzy każdy ładunek wokół siebie.
Napięcie jest to zmiana elektrycznej energii potencjalnej pomiędzy dwoma punktami w polu elektrycznym przez jednostkę ładunku (synonim: różnica potencjału elektrycznego). Jednostka napięcia jest volt (V). 1 volt równa się 1 J (joule) zmienionemu w energię przez ładunek 1 culomba.
Jeżeli istnieje różnica potencjałów, naładowane cząsteczki dążą do ruchu w materii. Substancje, w których ładunki elektryczne umieszczone w polu elektrycznym mają łatwość ruchu, nazywają się przewodnikami.
Tkanki człowieka zawierające naładowane cząsteczki w roztworze (jony sodu, potasu, chloru) są dobrymi przewodnikami, ponieważ jony wykonują wolne ruchy w czasie działania siły elektromotorycznej. Zdolność ruchu jonów w tkanach człowieka nie jest jednakowa we wszystkich tkankach. Mięśnie, nerwy, naczynia krwionośne są dobrymi przewodnikami, natomiast skóra i tłuszcz słabymi. Izolatory są to substancje, które w przeciwieństwie do przewodników, nie pozwalają na wolne ruchy jonów i elektronów.
Ruch ładunków elektrycznych w przewodniku w reakcji na działanie pola elektrycznego zwany jest prądem. Przewodzenie ładunku elektrycznego przez materię z jednego punktu do drugiego jest transferem energii, która powoduje fizjologiczne zmiany w czasie klinicznego zastosowania stymulacji elektrycznej. Nośnikami prądu są elektrony, jony dodatnie lub ujemne. Prąd płynie, jeżeli pomiędzy punktami połączonymi przewodnikiem istnieje różnica potencjałów. Prąd jest ściśle definiowany jako ilość ładunku (q), jaki przepłynął poprzez poprzeczny przekrój przewodnika w jednostce czasu. Jednostką natężenia jest 1A (amper)=1C/1s.
I=Dq/Dt
Ilość płynącego ładunku jest nie tylko określona przez wielkość napięcia, ale również poprzez relatywną łatwość, z jaką jony i elektrony mogą poruszać się w przewodniku. Ta właściwość przewodnika określana jest jako rezystancja, która określa opór dla ruchu naładowanych cząsteczek w przewodniku. Jednostka oporu jest ohm (W). Związek między napięciem a opornością określający wielkość prądu jest wyrażony w prawie Ohma: I=V/R lub V=IxR
Pojemność elektryczna jest właściwością sytemu przewodników i izolatorów określającą zdolność systemu do przechowywania ładunku. Na prądy wytwarzane w tkankach biologicznych ma wpływ nie tylko oporność tkanek, ale również ich pojemność elektryczna. Pojemność elektryczna przewodnika równa się stosunkowi ładunku zgromadzonego na danym przewodniku do potencjału jaki ten ładunek wytwarza i wyrażona jest w faradach (F). 1F=1C/1V.
Określenie impendencja opisuje opór dla prądów dwukierunkowych, podobnie jak rezystancja dla prądów jednokierunkowych. Impendecja bierze pod uwagę zarówno pojemność elektryczną, jak i rezystancję jako przeciwstawianie się ruchowi naładowanych cząsteczek. Tkanki ludzkie tworzą system oporników i kondensatorów, więc w czasie działania klinicznej elektrostymulacji bardziej odpowiednie jest wyrażanie oporności jako impendencja. Zależy ona od właściwości pojemności elektrycznej tkanek biologicznych, a jej wielkość od częstotliwości zastosowanego prądu. Im wyższa częstotliwość prądu, tym niższa impendencja w tkankach.
2. Terapeutyczne zastosowanie prądu elektrycznego
Stymulacja za pomocą prądu elektrycznego stosowana jest do badania i leczenia tkanki nerwowej i mięśniowej. Stosowana jest powszechnie w terapii fizykalnej do leczenia różnych stanów patologicznych tkanki nerwowo-mięśniowej, polepszania lokalnego krążenia i zdrowienia tkanek, zmniejszenia bólu, zwiększania zakresu ruchu i siły mięśniowej. Wiele różnorodnych czynników fizykalnych stosowanych w terapii charakteryzuje się bardzo ważną wspólną cechę, czyli zdolnością do przyspieszania zdrowienia uszkodzonych tkanek, choć efekt ten powstaje dzięki różnym mechanizmom.
Podstawowe efekty uzyskiwane w tkankach podczas działania energii elektrycznej obejmują zmiany chemiczne, pobudzanie skurczu mięśnia i zmianę percepcji bólu, grzanie tkanek przez działanie prądu wielkiej częstotliwości (zmiany są na tyle szybkie, że tkanka pobudliwa nie jest w stanie zareagować na nie). Terapia prądem elektrycznym pobudza zdrowienie przez wykorzystanie skutków bioelektrycznych.
Cele elektroterapii: działanie na objawy wtórne choroby lub urazu w celu łagodzenia odczuć bólowych, poprawy ukrwienia, zmniejszenia napięcia mięśni szkieletowych poprzecznie prążkowanych i gładkich, pobudzenia skurczu mięśni osłabionych i odnerwionych oraz osiągnięcia korzystnego punktu wyjścia do rozpoczęcia zabiegów fizjoterapeutycznych.
3. Chronaksja i reobaza
Chronaksja jest oceną reakcji mięśni na pobudzenie elektryczne, zewnętrzne (nie nerwowe). Chronaksja jest różna dla różnych mięśni, a jej wartość waha się wokół 0,5 pascala, w zależności od wieku (u noworodków jest ona 10-krotnie wyższa niż u dorosłych). Reobaza natomiast to najmniejszy prąd elektryczny zdolny do wywołania skurczu danego mięśnia badaniach stosuje się prąd o natężeniu dwukrotnie większym (podwójna reobaza) i mierzy się chronaksję (czas podwójnej reobazy).
4. Stymulacja nerwów i mięśni
Wszystkie stymulatory tkanki nerwowej (oprócz implantowanych) są w rzeczywistości przezskórnymi elektrycznymi stymulatorami nerwów (TENS), ale termin ten zastał zarezerwowany dla aplikacji przez zminiaturyzowane aparaty zasilane bateriami, a stosowane do stymulacji nerwów czuciowych w kontroli bólu. Takie nazwy jak prąd faradyczny, sinusoidalny, diadynamiczny i akomodacyjny używano do wyszczególnienia pewnych kształtów pulsów i wskazania określonych skutków ich działania. Bardzo ważne jest zrozumienie skutków działania elektrycznych ładunków na tkanki. Zależą one od zakresu zmian impulsu:
¨ jeżeli nie ma zmian, lub są one bardzo powolne i prąd płynie w jednym kierunku, miarowy przepływ jonów do i z tkanek powoduje zmiany chemiczne w miejscu połączenia elektrody z tkanką.
¨ jeżeli zakres zmian jest szybszy i impuls wystarczająco długi równowaga jonowa pobudliwej błony komórkowej jest zaburzona wywołując stymulację nerwów i mięśni. Jeżeli prąd ma jeden kierunek przepływu, jego działanie obejmuje zmiany chemiczne, jeśli jest to prąd równo zmienny, zmiany chemiczne nie występują, gdyż są anulowane, w czasie, gdy prąd płynie w przeciwnym kierunku.
¨ jeżeli zakres zmian jest bardzo szybki, nie ma odpowiedniej ilości czasu, aby powstało pobudzenie błony komórkowej. Tak duży prąd stosowany jest do wytwarzania ciepła w tkankach.
Powyższe zmiany zależą oczywiście od natężenia prądu, im wyższe natężenie tym większe skutki działania. Natężenie determinuje również siłę pojedynczego pulsu, aby była ona wystarczająca do wywołania impulsu nerwowego: krótki impuls - niskie natężenia nie ma reakcji; krótki impuls- wysokie natężenie - występuje reakcja.
Pojedyncze impulsy mogą być opisane przez:
¨ czas trwania impulsu w sec, ms
¨ natężenia w mA, V
¨ kształt - zakres wzrostu i spadku natężenia, czyli jak natężenia zmienia się w czasie.
Określenie szczyt natężenia prądu odnosi się do najwyższego prądu, który powstaje w czasie impulsu. Jeżeli weźmiemy pod uwagę serie impulsów, to ich ocena może być wyrażona w ilości impulsów na sekundę lub jako częstotliwość impulsów w Hz (jednostka czasu przez okres). Uwagi te dotyczą prądu o jednym kierunku przepływu. Wiele prądów stosowanych terapeutycznie jest prądami dwufazowymi. Prąd przechodzi najpierw w jednym kierunku, potem w przeciwnym. Impulsy mogą mieć różnorodny kształt, czas przerwy, formę ciągłą lub wybuchową.
5. Prądy stosowane w elektroterapii
¨ prąd stały galwaniczny
¨ przerywany prąd stały - daje serie impulsów lub faz, o pewnym kształcie, powtarzający się z pewną częstotliwością. Ustalony czas trwania impulsu, kształt i częstotliwość mają określone nazwy.
¨Długi czas trwania impulsu (1ms lub więcej)
¨ impuls prostokątny: są to impulsy o czasie trwania między 1ms a 600ms oddzielone przerwą od 1ms do kilku sekund, mogą stymulować nerwy ruchowe i mogą być stosowane do stymulacji odnerwionych mięśni.
¨impulsy akomodacyjne: trójkątne, trapezoidalne, wolnowzrastające- synonimy impulsów eksponencjalnych. Relatywnie długi czas trwania impulsu (600 do 1000ms) czas przerwy od pół do kilku sekund. Stosowany do selektywnej stymulacji tkanki mięśniowej (różnica między akomodacją mięśni i nerwów).
¨ Krótki czas trwania pulsu (1ms i mniej)
¨Prądy typu faradycznego: impuls o czasie 0,1-1ms, powtarzany z częstotliwością 30-100Hz. Przy częstotliwości 100Hz cykl wynosi 10ms, wtedy czas pulsu=1ms, a czas przerwy=9ms. Impulsy te mogą mieć jeden kierunek przepływu (przerywany prąd stały o krótkim czasie pulsu) lub mogą być również dwufazowe. Oryginalnie prąd powstawał w zwoju faradycznym, nierównozmienny, nierówny w kształcie®skurcze tężcowe®faradyzm.
¨TENS-impulsy jednofazowe lub w większości dwufazowe, symetryczne i asymetryczne w kształcie, czas pulsu 0,01-0,3ms, częstotliwość 2-200Hz , najczęściej stosowana do 100Hz.
¨ Prądy równo zmienne (przemiennie zmienne)
¨Prądy sinusoidalne: fala w kształcie sinusoidy, przy f=50Hz®100 impulsów, fazy po 10ms każda, 50 w jednym kierunku i 50 w drugim kierunku. Stymuluje nerwy ruchowe i czuciowe (napięcie prądu stosowanego terapeutycznie ok. 80V).
¨Prądy diadynamiczne: wyprostowany, sinusoidalnie zmienny prąd of=50Hz lub 100Hz o czasie impulsu 10ms oraz ich kombinacje. Stosowany głównie w Europie.
¨Prądy „rosyjskie”: prąd zmienny o sinusoidalnej fali o f=2500Hz zastosowany w 50 wybuchach na sekundę tj. 10ms wybuchów w 25 cyklach każdy, 10ms przerwy między nimi. Każdy dwufazowy impuls trwa tylko 0,4ms potrzebuje prądu o wysokim natężeniu, aby wywołać skurcz mięśni .
¨Prądy interferencyjne: prądy zmienne o f=4000Hz (lub wyższej w zależności od producentów). Kiedy dwa obwody prądy o niewielkiej różnicy częstotliwości działają w tym samym czasie i w tym samym miejscu, powstaje trzeci prąd umożliwiający różny poziom stymulacji.
¨ prądy niskiej częstotliwości - 0-1000Hz (typu faradycznego, TENS, sinusoidalne, diadynamiczne)
¨ prądy średniej częstotliwości - 000Hz-100000Hz, interferencyjne (techniki dwupolowe - premoduowany i czteropolowe - klasyczna interferencja, dipol vector, izoplanar, prądy falujące, rosyjska stymulacja, impulsowy jednokierunkowy średniej częstotliwości)
¨ prądy wysokiej częstotliwości - 100000Hz i więcej (diatermia krótkofalowa)
6. Galwanizacja
¨ Stymulacja czuciowa - w czasie przepływu prądu świadomie odczuwa się łagodne mrowienie i ukłucia, które w razie wzrostu natężenia prądu mogą przejść w pieczenie lub irytację(jest to błąd w sztuce).
¨W skórze pod elektrodami dochodzi do krótkotrwałego zwężenia, a potem rozszerzenia naczyń krwionośnych. Przekrwienie, czyli rumień galwaniczny jest intensywniejszy pod katodą, mniejszy pod anodą. Występuje również nieznacznie wokół elektrod. Czas- około 1.5–2h. Spowodowany jest przez uwolnioną z magazynów tkankowych histaminą, zwiększa się przepuszczalność błon komórkowych oraz resorpcja.
¨Rozszerzeniu ulegają również naczynia głębiej położonych mięśni, w wyniku drażnienia odpowiednich receptorów układu autonomicznego w skórze. Występuje wzrost przepływu krwi w całym segmencie, w którym wykonuje się zabieg. Poprawa krążenia korzystnie wpływa na odżywienie tkanek.
¨Przyspieszenie procesów regeneracji (gojenie ran i odleżyn) ® mikroprąd.
¨Działanie przeciwbólowe. Starsze teorie: zmiana pobudliwości pod anodą – hyperpolaryzacja, anelektronus. Pod katodą zwiększenie pobudliwości – katelektronus. Nowe teorie: odpychanie pod anodą jonów wodoru i potasu wpływa na zmniejszenie bólu.
7. Jonoforeza
Połączenie galwanizacji z wprowadzaniem leku przez skórę przy pomocy prądu. Wnikanie jonów leków odbywa się poprzez ujścia i wyprowadzenia gruczołów łojowych i potowych. Jony po wniknięciu gromadzą się na granicy pomiędzy skorą właściwą a tkanką podskórną z skąd następnie lek jest rozprowadzany po całym organizmie za pomocą układu krwionośnego. Koncentracja elektronów jest największa pod elektrodą czynną.
8. Typowe zabiegi elektroterapeutyczne
¨ galwanizacja
¨ jonoforeza
¨ prądy diadynamiczneDD - (zwane inaczej prądami Bernarda) wykazują one silnie wyrażone działanie przeciwbólowe i przekrwienne.
¨ Prądy interferencyjne - (prądy Nemeca) to prądy średniej częstotliwości modulowane w amplitudzie z małą częstotliwością. Prądy interferencyjne, których częstotliwość zmienia się rytmicznie działają na skurcze mięśni szkieletowych, pobudzają mięśnie do skurczu (usprawnia krążenie obwodowe), wywołują efekt przeciwbólowy, usprawniają procesy odżywcze tkanek i metabolizm (przemiany materii).
¨ Elektrostymulacja mięśni - wykorzystywany jest tu prąd stały impulsowy (płynący z przerwami). Elektrody umieszcza się na skórze, w odpowiednich miejscach, zwanych punktami elektromotorycznymi. Celem zabiegu jest pobudzenie mięśni do skurczu (mięśnie kurczą się i odpoczywają w rytm płynącego z przerwami prądu). Wykonuje się elektrostymulację mięśni porażonych (z uszkodzonymi nerwami doprowadzającymi impulsy) jako substytut naturalnych pobudzeń oraz zdrowych w celu wzmocnienia ich lub poprawy krążenia obwodowego.
¨ Przezskórna stymulacja nerwów - elektrostymulacja przeciwbólowa.
kot_fredek