Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

26-03-2005

Воздействие электрического тока на живые организмы

Загнеткин В.И.

Электролов рыбы стал возможным в основном, благодаря использованию явления ориентированного движения рыбы в поле постоянного тока. Внешне это явление выражается в том, что рыба, попадая в поле постоянного тока, при известных значениях напряженности поля устремляется к положительному электроду. «Внутренние» причины такого направленного движения можно объяснить основными понятиями из раздела «Общей физиологии», где студенты знакомятся с вопросами физиологии возбудимых тканей: потенциал покоя, потенциал действия, фазовые изменения возбудимости и их оценка, лабильность возбудимых структур, проведение возбуждения по нервным волокнам и передача его в синапсах, механизмы мышечного сокращения. Особое внимание уделяется действию на них электрического тока и законам раздражения возбудимых тканей: закон силы, закон "все или ничего", закон физиологического электротона, полярный закон, закон "силы-длительности" (обеспечивает понимание основ электронейромиостимуляции, физиотерапевтических воздействий на нервную систему с использованием постоянного и импульсного электрического тока). Не даром авторы монографий по электролову, излагая его биологические или физиологические предпосылки сообщают не только данные специальных исследований на рыбах, но и широко обращаются к общим закономерностям нервно-мышечной физиологии, пытаясь применить их для объяснения особенностей реакций рыб в электрическом поле. Если кто желает подробнее ознакомиться с этими вопросами – может ознакомиться с ними в Интернете – было бы желание. Владимир однажды попытался на сайте Данилы-мастера объяснить эту проблему, используя, на мой взгляд, слишком «научный материал», где используется терминология, не привычная нашему уху и, при этом, не давая пояснения о значениях этих терминов. Чтобы понять, что же хотел сказать Владимир, мне пришлось «перелопатить» достаточно большой объем, как специальной медицинской, так и научно-популярной литературы. Наиболее приемлемый вариант, на мой взгляд, объясняющий то, что хотел сказать Владимир, изложенный в научно-популярном виде здесь: http://corncoolio.narod.ru/nashe/phisiology/posobie/01.htm. Кому покажется мало – смотрите список литературы. Но сейчас я не хочу копаться во «внутренних» причинах, объясняющих реакцию рыбы на раздражение электрическим током. Попытаюсь изложить как импульсы тока различной формы влияют на живой организм, т.е. «внешние» признаки.

Итак. Электрический ток — это направленное (упорядоченное) движение электрических зарядов. В металлах, т. е. в проводниках первого рода, он представляет собой упорядоченное движение свободных электронов, в электролитах — проводниках второго рода — движение ионов, т. е. электрически заряженных частиц. Именно такой механизм характерен для прохождения тока в биологических объектах.

Живая ткань обладает электровозбудимостью, т. е. свойством подвергаться изменениям под влиянием электрического тока. В основе возбуждения лежит сложный физико-химический процесс, обусловленный нарушением равновесия ионов и изменением степени набухания оболочек нерва и его волокон. Состояние возбуждения в нерве или мышцах проявляется токами действия.

Для исследования электровозбудимости применяют постоянный (гальванический) и импульсный токи (в том числе фарадический). Наиболее подробно изучена электровозбудимость нервно-мышечного аппарата. Порогом возбудимости принято называть ту силу тока, которая необходима, чтобы вызывать едва уловимые сокращения мышцы.

Постоянный ток

В основе биологического действия постоянного гальванического тока лежат процессы электролиза, изменения концентрации ионов в клетках и тканях и поляризационные процессы. Они обусловливают раздражение нервных рецепторов и возникновение рефлекторных реакций местного и общего характера.

В развитии ответных реакций существенную роль играют сила тока, длительность воздействия, полярность активного электрода, а также исходное функциональное состояние органов и систем организма.

При прохождении тока по нерву меняется возбудимость последнего. У катода возникает повышенная возбудимость к раздражителям, у анода — пониженная.

Возможно поэтому некоторые исследователи считают, что рыба поворачивает и движется к аноду, т.к. в этом положении она испытывает наименьшее раздражение.

Понижение возбудимости под анодом при воздействии постоянным током небольшой интенсивности используют в лечебной практике для уменьшения болей. При понижении функциональной способности ткани гальванизация катодом часто ведет к повышению возбудимости.

Изменения двигательной реакции могут быть не только количественными, но и качественными. С одной стороны, учитывают силу тока, вызывающую пороговое сокращение, с другой — характер и качество самого сокращения мышцы.

Нормальная мышца при исследовании реагирует молненосным сокращением, причем с катода на меньшую силу тока, чем с анода (закон Пфлюгера (Pfluger).При заболеваниях периферического нейрона эти реакции могут извращаться. Так, раздражение анодом вызывает сокращение мышцы при меньшей силе тока, чем катодом.

Замыканием и размыканием постоянного тока можно вызывать сокращение мышцы при раздражении как двигательного нерва, так и непосредственно мышц.

Раздражение постоянным током вызывает быструю двигательную реакцию (сокращение мышцы) только в момент замыкания тока, причем при раздражении катодом она выражена при меньшей силе тока чем при раздражении анодом.

При воздействии постоянного тока в тканях происходят два противоположных процесса: с одной стороны, повышение концентрации ионов на границах полупроницаемых клеточных мембран, с другой — отведение этих ионов диффузией. Диффузия, влияя на движение ионов, способствует выравниванию концентрации.

Импульсный ток

Процесс восстановления физиологического состояния в ткани путем диффузии развертывается во времени. Ток, дающий пологую кривую (например, пульсирующий постоянный), меньше раздражает, чем ток, кривая которого образует быстрый и крутой подъем. Это объясняют тем, что при медленном постепенном подъеме кривой тока диффузия успевает значительно ослабить концентрацию ионов.

Медленное увеличение силы постоянного тока вызывает постепенное изменение концентрации ионов в клетках, что приводит к нерезкому раздражению нервных окончаний. Сокращения мышц при этом не происходит; если же ток включают и выключают быстро, наблюдают сокращение мышц. Это можно объяснить некоторым смещением ионов и отставанием диффузионных процессов при кратковременных импульсах тока.

Под влиянием раздражения импульсным током волна возбуждения быстро распространяется по мышечным волокнам. Происходит пассивное сокращение мышцы.

При прохождении через ткани импульсных однонаправленных токов низкой частоты в тканях происходят те же физико-химические явления, что и при воздействии постоянным током. Однако процессы эти происходят дискретно в зависимости от частоты импульсов, а степень их выраженности и физиологический эффект зависят от частоты, формы, длительности импульсов, скважности и адекватности их функциональным возможностям тканей.

Основными параметрами импульсного тока являются: частота повторения импульсов, длительность импульса; скважность; форма импульсов, обусловленная крутизной переднего и заднего фронтов; амплитуда. В зависимости от этих характеристик они могут оказывать возбуждающее действие и использоваться для электростимуляции мышц или оказывать тормозящее действие, на чем основано их применение для электросна и электроаналгезии.

Современная электронная техника дает возможность получать импульсы тока, параметры которых изменяются в самых широких пределах, например частота от единиц до миллионов герц; длительность — от секунд до микросекунд; форма импульсов также может различаться в широких пределах, вплоть до возможности воспроизведения любой изображенной на бумаге формы импульса.

Воздействие электрического тока на живые организмы

- фарадический ток в его классической форме (рис. а), получаемый от индукционной катушки, с частотой 60 – 80 Гц и длительностью размыкателыюго импульса 1—2 мСек. Фарадический ток способен вызывать в мышцах длительное («тетаническое») сокращение, которое продолжается в течение всего периода прохождения тока, ведущее к утомлению мышцы ;

- тетанизирующий ток или импульсы, воспроизводящие размыкательные импульсы фарадического тока (рис. б). Треугольные, остроконечной формы, с длительностью импульса 1—1,5 мСек, частотой 100 Гц, применяется взамен фарадического тока в электродиагностике и электростимуляции;

- конденсаторные разряды с экспоненциально-спадающим задним, фронтом (рис. в);

- прямоугольные импульсы (рис. г) (ток Ледюка) с длительностью импульса от 0,1 до 1 мСек, частотой от 1 до 160 Гц. Этот вид тока усиливает тормозные процессы в центральной нервной системе и его используют для получения состояния, аналогичного физиологическому сну (электросон) С. А. Ледюк (1902) установил, что наиболее физиологическое действие ток оказывает при соотношении продолжительности импульса к паузе 1 : 10;

- экспоненциально-нарастающие импульсы (рис.д)

- экспоненциально-нарастающие и спадающие импульсы (рис.е) (ток Лапика) имеет пологий подъем и спуск, длительность импульса — 1,6 - 60 мСек, различной частоты, напоминает форму токов действия нерва при его раздражении. Преимущество экспоненциальной формы тока заключается в том, что она может вызвать двигательную реакцию мышц, когда тетанизирующий ток этого не делает. Эту форму тока применяют для стимуляции мышц.

близкие по форме к синусоидальным импульсы диадинамических токов Бернара

К этому следует прибавить близкие по форме к синусоидальным импульсы диадинамических токов Бернара (диадинамические) - полусинусоидальной формы с задним фронтом, затянутым по экспоненте, с частотой 50 и 100 Гц. и длительностью 10 мСек. Это импульсы, полученные путем однополупериодного выпрямления переменного тока сети, у которых с помощью соответствующим образом включенного в цепь конденсатора с постоянной времени разрядной цепи, равной 4 мСек, нисходящая часть снижается по экспоненциальной кривой (рис.а). При частоте 100 гц аналогичные импульсы получаются путем двух-полупериодного выпрямления сетевого переменного тока и имеют форму, показанную на рис.б.

Различное их сочетание вызывает ту или иную реакцию:

a) «Однотактный непрерывный» ток обладает выраженным раздражающим, возбуждающим действием: резко выражено сокращение мышц.

b) Ритм «синкопа» характеризуется кратковременными сильными сокращениями мышц и последующим их расслаблением и предназначен для электростимуляции мышц.

c) Ток «короткий период», при котором «однотактный непрерывный» ток с длительностью периода 1 секунда чередуется с «двухтактным непрерывным» той же длительности периода, вызывает ритмическую гимнастику скелетных мышц.

Применяя импульсный и особенно переменный ток для воздействия на ткани организма, следует учитывать, что электропроводность последних имеет также емкостную составляющую, обусловленную поляризационными явлениями в тканях. В общем виде эквивалентная электрическая схема для цепи, содержащей ткани организма, при воздействии постоянным и особенно импульсным током может быть представлена в виде нескольких последовательно включенных омических резисторов, шунтированных каждый некоторой емкостью.

эквивалентная электрическая схема для цепи, содержащей ткани организма

Следствием емкостных свойств тканей является то, что форма импульсов тока, проходящего через них, может отличаться от формы импульсов приложенного напряжения. С этим необходимо считаться при точных исследованиях. В качестве примера на следующем рисунке показана схематически форма импульсов тока, получающихся при действии на ткани организма импульсов напряжения прямоугольной формы.

А в заключении немного о том, как сами рыбы ловят рыбу при помощи электричества.
Разряды излучаются сериями залпов, форма, продолжительность и последовательность которых зависят от степени возбуждения и вида рыбы. Частота следования импульсов связана с их назначением (например, электрический скат излучает 10—12 «оборонных» и от 14 до 562 «охотничьих» импульсов в сек в зависимости от размера жертвы). Величина напряжения в разряде колеблется от 20 (электрические скаты) до 600 В (электрические угри), сила тока — от 0,1 (электрический сом) до 50 А (электрические скаты).

Напряжение и сила тока в отдельных импульсах разряда электрического сома длиной свыше 80 см могут достигать 250 В и 0,5 А.

Характерна и сама разрядная деятельность сома во время охоты. Количество импульсов в "охотничьих" залпах у электрического сома зависит от размера жертвы. Длительность серии разрядов и число составляющих их импульсов повышаются с увеличением размеров объекта охоты. Так, например, сом длиной 20см при захвате 6-сантиметровом рыбы (в нашем случае это была верховка) генерировал в залпе до 290 импульсов при средней продолжительности залпа 21с. Жертва впадает в электрический шок, обездвижиаается, и сом заглатывает ее. Во время охоты двигательная активность сома почти не увеличивается – он продолжает медленно передвигаться. Правда, эти передвижения уже носят направленный характер – в сторону жертвы. Из-за своей медлительности сом частенько упускает свою добычу. Обездвиженная рыбка успевает прийти в себя и пытается скрыться от сома. Тогда следует новая серия разрядов. В серии разрядов амплитуды напряжения и силы тока импульсов идут по убывающей.

Литература:

1. Клиническая физиотерапия.
2. Общая физиотерапия. Е.И.Пасынков. Изд-во «Медицина», 1969.
3. Физиотерапия. Л.М.Клячкин, М.Н.Виноградова. Изд-во «Медицина», 1968.
4. Электромедицинская аппаратура. Н.М.Ливенцев, А.Р.Ливенсон. Изд-во «Медицина», 1974.
5. http://corncoolio.narod.ru/nashe/phisiology/posobie/01.htm. 
6. http://newasp.omskreg.ru/intellect/f19.htm
7. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/163.html
8. http://www.issep.rssi.ru/sej_str/ST143.htm
9. http://www.aquaria.ru/cgi/aart/a.cgi?index=798
10. http://konkurs.maykop.ru/pages/41/Kursrab/fishismollusks.htm
11. http://nauka.relis.ru/31/9803/31803011.htm
12. http://www.zooprice.ru/index.phtml?page=aqua/0500_2.html
13. http://www.krugosvet.ru/articles/02/1000290/1000290a1.htm
14. http://rock68.chat.ru
15. www.rubricon.com (раздел «Большая советская энциклопедия». Ключевые слова:
- боковые органы;
- стимуляция электрическая:
- стимуляторы электронные:
- импульс нервный:
- возбуждение;
- биоэлектрический потенциал;
- электрические органы;
- «все или ничего» закон;
- рефрактерность;
- «натриевый насос»
- синапсы;
- потенциалы постсинаптические;
- эффекторы;
- и др.

zagnetkin@infotecstt.ru 

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Рекомендуемые публикации по теме:
Новости  »
NEC L1 - «RAZR-killer»: «живые» фото
Форум  »
Стабилизатор тока
Форум  »
Стабилизатор тока
Форум  »
Сила тока
Схемы  »
Индикатор антенного тока

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Срезы ↓
Осциллограф Rohde Schwarz RTB2002
Осциллограф Rohde&Schwarz RTB2002
Цена: от 128 тыс. руб.
Доставка: Россия
Тепловизор Testo 875-1i
Тепловизор Testo 875-1i
матрица 160x120 пкс, NETD < 50 мК
Цена: от 190 000 руб.
Доставка: Россия и страны СНГ
Источник питания Актаком APS-1303
Источник питания Актаком APS-1303
2 LED дисплея, 0…30 В, 0…3 А
Цена: от 9 700 руб.
Доставка: Россия и страны СНГ
Рейтинг@Mail.ru