Что может при этом происходить в тканях? Нет ли здесь опасности? Необходимо ответить на три вопроса:
- Какой ток следует считать адекватным?
- Каковы безопасные параметры электрического тока?
- Какова приемлимая частота электрического тока?
Вид электрического тока. Протекание постоянного, т.е. однонаправленного тока через электролиты, в частности через биологические ткани, сопровождается необратимыми химическими реакциями на электродах, через которые объект соединяется с внешней частью электрической цепи, поэтому в медицинской диагностике используется только переменный электрический ток достаточно высокой частоты (как правило, выше 1 кГц). Допустимая величина тока ограничена его биологическим действием и повышается с увеличением частоты.
Импедансная техника оперирует с внешним током, который не должен получать ответ от возбудимых клеток, запуская потенциал действия. Критерии, которыми пользуются при стимуляции, известны и их нельзя превышать при использовании импедансной техники. Электрический ответ клетки может быть получен, когда электрический заряд доходит до клеточной мембраны. Повреждение может нанести большой ток, применяемый за короткий период времени, и малый ток, но при длительном использовании.
Частота электрического тока. Ответ тканей на стимуляцию электрическим током может быть различным в зависимости от ее вида и проявляться в виде повышенной чувствительности, боли или сокращения. Механизмы электрочувствительности биоткани меняются в зависимости от частоты. При низких частотах (ниже 300 Hz) даже слабый ток вызывает ту или иную реакцию. На средних частотах (10 Гц - 10 кГц) преобладающим механизмом оказывается нервная стимуляция. Необходимо избегать два неблагоприятных эффекта: стимуляция возвратного нерва, которая может вызвать остановку сердца, и фибрилляция миокарда предсердий или желудочков сердца, ведущие к тяжелым циркуляторным нарушениям. При более высоких частотах (10 - 100 кГц) преобладающим биологическим механизмом уже становится нагрев ткани. Учитывая присущую нервным волокнам задержку реакции на их возбуждение, благодаря малой скорости распространения импульса возбуждения вдоль нерва, для диагностических целей без всякого риска повреждения сердца, нервной системы и мышц, можно использовать переменный ток с частотой от 20 кГц и выше. Знание этого – важный момент в кардиоваскулярной физиологии, кардиологии и, в целом, для электрической безопасности в больнице.
Сила электрического тока. На рисунке представлены основные эффекты электрического тока в организме. При слабой стимуляции (0,3-10 мА) возможны только сенсорные ощущения. В диапазоне 10-100 мА возможны сокращения, боль и утомление. Значения электрического тока выше 15 мА, в зависимости от пути прохождения тока, могут вызвать остановку дыхания, утомление и интенсивную боль. В диапазоне 50 мА – 6 А отмечаются фибрилляции мышц. Еще более высокие значения могут вызывать сильные сокращения миокарда или ожоги.
Рис. 1. Суммарный эффект действия электрического тока низкой частоты (60 Гц) с использованием медных электродов, расположенных на поднятых руках мужчины весом 70 кг, на 1 и 3 сек. экспозиции ( from Olson, reproduced by permission of Houghton Mifflin Co).
Электрический ток, используемый для биологических импедансметрических расчетов, должен всегда находится ниже порога на кривой возбудимых тканей, находящихся на пути прохождения тока. У человека наиболее возбудимые нервные волокна требуют для минимального раздражения длительность воздействия электрического тока 0,2 ms, что эквивалентно 5000 Hz. Это нижний уровень частотной безопасности. Частотный диапазон тока от 20 до 100 Hz не должен использоваться в медицинских приложениях
Для создания изображения распределения удельной проводимости рекомендуемые значения частоты тока должны быть в пределах 20-100 кГц и силы тока в пределах 0,5-1 мА. Для создания изображения распределения диэлектрической проницаемости необходимо использовать зондирующий ток, имеющий частоту более 100 кГц и силу тока 1-5 мА.
При проведении медицинской диагностики методом электроимпедансной томографии важно использовать параметры электрического тока, которые безопасны для пациента и которые могли бы обеспечить приемлемые импедансные измерения. Характеристики электрического тока, используемые в электроимпедансном маммографе, разрешены для применения в медицине и являются безопасными для врача и пациента и значительно ниже «пороговых», т.е. не вызывают никаких болевых или иных ощущений у человека.