Физиологическое действие постоянного тока

Удельные сопротивления некоторых тканей постоянному току при 20 °С

Если, однако, учесть все вышеуказанные факторы и, соблюдая предосторожности, измерить ток в какой-либо ткани, то окажется, что при постоянном напряжении на электродах сила тока меняется со временем. После присоединения электродов к источнику напряжения сила тока быстро уменьшается в сотни и даже в тысячи раз, и лишь после этого устанавливается какое-то постоянное значение тока. Резкое уменьшение силы тока в биологических объектах, а следовательно, резкое возрастание их электросопротивления через некоторое время после замыкания электрической цепи объясняется поляризационными эффектами, которые были рассмотрены в предыдущем разделе. Приблизительные величины удельных сопротивлений, полученные при измерениях тканей in vitro (выделенных из живого организма), приведены в таблице.

Для сравнения в этой же таблице даны значения удельных сопротивлений серебра и янтаря – как крайних представителей проводников и диэлектриков. Что же касается удельных сопротивлений этих же органов in vivo (в живом организме), то они настолько зависят от метода измерения, что приводить какие-либо значения не имеет смысла.

Физиологическое действие постоянного тока в значительной степени связано с процессами, происходящими в электролитах, заполняющих клетки и ткани. Если приложить к поверхности ела два электрода, то даже при слабых токах ощущается жжение, а при увеличении тока на коже появляется ожог. Объясняется это тем, что ионы натрия и хлора, в большом количестве содержащиеся в цитоплазме и в межклеточных жидкостях, в результате вторичных реакций на электродах образуют такие вещества, как НС1 и NaOH, действие которых на ткани и приводит к ожогу. Для предупреждения этого явления при лечении электрическим током и при биоэлектрических измерениях используют неполяризующиеся электроды, а также помещают между металлическими электродами и кожей марлевую прокладку, смоченную физиологическим раствором.

В медицинской практике обычно применяют свинцовые электроды. Пластичные свинцовые пластинки легко принимают форму того органа, к которому их прикладывают. Это существенно, так как если электрод касается тела только в нескольких точках, то плотность тока в этих точках возрастает, что может привести к ожогу. Кроме того, тяжелые ионы свинца обладают малой подвижностью и не проникают в организм при прохождении слабого тока.

Однако и при использовании неполяризующихся электродов увеличение силы тока приводит сначала к слабому, а затем к более сильному раздражению клеток и тканей. Это ведет к болевым ощущениям, шоку и при определенной величине тока – к гибели. Причина раздражения клеток сводится к поляризационным эффектам, так как при прохождении тока на противоположных концах клетки накапливаются разноименно заряженные ионы. Возбуждение клетки происходит тогда, когда концентрация ионов на противоположных поверхностях мембраны достигает определенного предельного значения и происходит «пробой» диэлектрической мембраны. Очевидно, этот процесс будет тем более интенсивным, чем больше плотность тока в ткани. При слабых токах «пробоя» мембраны вообще не будет, так как накапливающиеся на ее поверхностях в небольших количествах ионы будут разбрасываться в стороны тепловым движением. Таким образом, раздражение ткани электрическим током имеет определенный порог, ниже которого действие тока живым организмом не ощущается. Поскольку для достижения порогового значения необходимо накопление на мембране определенного электрического заряда, величина порогового тока должна быть тем больше, чем меньше время действия тока. При малом времени действия тока, т. е. при прохождении через ткань кратковременного импульса, обладающие определенной инерцией ионы практически не успевают прийти в движение, скопление их у мембраны незначительно и раздражение ткани невелико. Зависимость величины порогового тока и напряжения от времени их действия выражается формулами Вейсса

где А, В, а, b – эмпирические константы. График одной из таких зависимостей приведен на рисунке. Константу В (или b), определяющую минимальную силу порогового тока (или минимальное пороговое напряжение), необходимую для раздражения при длительном воздействии тока, называют реобазой (греч. реос – течение). Время t, необходимое для раздражения при силе тока, равной двум реобазам, называют хронаксией (греч. хронос – время, аксиа – мера). Величина хронаксии является показателем скорости возникновения возбуждения и говорит об уровне возбудимости ткани. Для скелетных мышц и нервов млекопитающих хронаксия равна примерно десятитысячным долям секунды, для гладких мышц – десятым долям секунды. Внешние воздействия могут приводить к изменению хронаксии, что может служить показателем определенных физиологических процессов.

Слабые токи обладают терапевтическим действием. Метод лечения слабым постоянным током называют гальванизацией. Этот метод начали применять еще в начале XIX в., когда постоянный ток называли гальваническим. В зависимости от места приложения электродов раздражение передается от кожи по нервам на тот или иной внутренний орган, в котором происходят изменения его обменных и функциональных свойств. В качестве ответной реакции на раздражение рефлекторно расширяются капилляры, изменяется проницаемость клеточных мембран; электролиз в клетках и тканях приводит к возникновению новых веществ с иной физиологической активностью и т. п. Что касается теплового эффекта, то при гальванизации он ничтожно мал, так как при терапевтических процедурах применяют токи, плотность которых не превышает 0,5 мА/см².