淺談電流對人體的作用及醫(yī)學應(yīng)用

【摘要】人體是由許多不同導電性能的組織構(gòu)成的，本文主要闡述各種電流對人體及組織的作用，以及利用導電的性能在醫(yī)學上的一些應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】心臟起搏器;高頻電刀;高頻電療

電流對人體的作用通常指的是電流通過人體內(nèi)部對人體的有害作用，如電流通過人體時會引起針刺感、壓迫感、打擊感、痙攣、疼痛乃至血壓升高、昏迷、心律不齊、心室顫動等癥狀，當然這些傷害程度與通過電流的大小、持續(xù)時間、途徑、種類及人體的狀況等多種因素有關(guān)。但是在醫(yī)學上我們有很多地方也可以利用電流的作用來達到治療的目的，從而達到比較好的效果。

一、直流電對人體的作用

在給人體某一部位通以直流電的情況下，體內(nèi)組織液中的正、負離子，將在電力場的作用下做定向移動，而離子的移動又將產(chǎn)生各種物理和化學變化，進而引起生理作用。

（一）離子透入

它是利用直流電把藥物從皮膚外引入機體內(nèi)，同時兼有直流電和藥物的作用，其療效比單純的直流電療效更好，這種方法已在臨床上得到廣泛應(yīng)用。其具體做法是：用欲引入的藥物溶液濕潤襯墊，并夾帶一電極，放在需要作用的部位上，正離子的藥物與電源正極相連，負離子藥物與電源負極相連，另一電極的襯墊不含藥物，用溫水潤濕，放在機體適當部位。在通直流電時，藥物離子因同名電極的排斥作用而進入機體。例如，陽極可把帶正電的鏈霉素離子、黃連素離子等透入體內(nèi)，而陰極可把帶負電的溴離子、碘離子、青霉素離子等透入體內(nèi)。

電解作用：體內(nèi)組織液中含有大量的Na+和Cl-，當機體通過直流電時，Na+移向陰極，Cl-移向陽極，在電極上生成鈉原子和氯原子，它們又進一步與水作用，生成酸和堿，結(jié)果，在陰極出現(xiàn)堿，在陽極出現(xiàn)酸，從而改變了人體組織中的酸堿度。

（二）改變離子濃度

魷魚細胞膜對離子移動有很大阻力，所以在直流電的作用下，在細胞膜上會產(chǎn)生離子堆積，一側(cè)堆積正離子，另一側(cè)堆積負離子，從而使原有的離子濃度分布發(fā)生變化。另外，在直流電的作用下，各離子的遷移率不同，也會改變它們原來的分布。

二、低頻電的作用及心臟起搏器

（一）低頻脈沖電流的作用

直流電可在機體組織中引起某種生理效應(yīng)。但對機體的某些反應(yīng)，如肌肉的收縮，直流電就顯得無能為力了，這就需要借助低頻電。在物理療法和生理實驗中使用的低頻電主要是指頻率在1kHz以下的低頻脈沖電流，其重要特征之一是興奮神經(jīng)肌肉組織，產(chǎn)生刺激作用。因此，它是一種具有顯著性的生理作用的電流。刺激作用的大小主要決定于脈沖電流的幅值和持續(xù)的時間。只要頻率在1kHz以下，電流幅值和持續(xù)的時間達到一定的閾值，每一個脈沖個周期都會引起一次興奮。但由于從體表送入的低頻電流，其電流密度隨進入體內(nèi)的深度而急劇減小，所以低頻電流的刺激作用，只能在體表附近產(chǎn)生。

（二）心臟起搏器

心臟起搏器是一種利用低頻電脈沖刺激心臟，使心臟按一定頻率有效收縮的電子儀器。它用于治療心臟興奮傳導收到阻滯或自身起搏功能衰竭的患者。下面以臨床廣泛應(yīng)用的R波抑制同步型為例，介紹起搏器的工作原理。它主要由三部分組成：

1.低頻脈沖發(fā)生器

除了脈沖發(fā)生器之外，還有一個由控制器、放大器構(gòu)成的反饋支路。電極不僅能輸出刺激脈沖，而且還負責檢測心電圖中的QRS波。QRS波是心室波動的標志，幅度高，波形的斜率大，易于感知和識別心臟的自主搏動。經(jīng)放大后的QRS波產(chǎn)生一脈沖信號，推動控制器工作，將自主心率與起搏器的固定頻率進行比較。當患者的自身起搏心率正常時，起搏器不發(fā)出刺激脈沖，當自身心率下降或發(fā)生心臟興奮傳導阻滯時，起搏器即按其固定頻率輸出電脈沖刺激心肌，引起心臟起搏。正常脈沖的頻率一般為70beat/min左右，寬度約為0.5ms，幅度近似為電源電壓。這種起搏器能根據(jù)心臟自搏的情況，自動控制脈沖的輸出，避免了與自主心率發(fā)生競爭，所以又稱為按需型起搏器。

2.電極和引線

起搏器有雙極和單極兩種電極。雙極電極是兩個電極都與心臟接觸。單極電極是將一個電極與心臟接觸，另一個是無關(guān)電極，可安防在身體的其他部位。一般用金屬外殼封裝的埋藏式起搏器，其外殼就是無關(guān)電極。為避免電極與周圍組織產(chǎn)生化學作用，通常采用鉑或特質(zhì)的碳材料作電極。電極形狀有柱狀、螺旋狀、盤狀等，電極一般置于心臟內(nèi)表面（心內(nèi)膜電極）。電極引線應(yīng)具有良好的導電性，柔軟而又有一定的機械強度，能長期經(jīng)受心臟的不停跳動而不會斷裂和破損。引線與周圍組織應(yīng)有良好的絕緣，且對組織沒有刺激性。

3.電源

起搏器的電源對于體外佩帶式無任何特殊要求，因為可以方便地隨時更換。但對于全埋藏式起搏器來說，電源的性能直接關(guān)系到起搏器能否正常工作。目前臨床上多采用鋰碘電池作為起搏器的電源，它具有許多優(yōu)點：能量密度大;體積小;自放電流小;壽命長，13μA的耗電可維持10年;內(nèi)阻大（10kΩ），不會出現(xiàn)內(nèi)部短路，因而可靠性高;不會產(chǎn)生氣體和漏液，便于全密封;當電壓下降時，不會突然失效，有足夠的時間允許患者從容地更換起搏器。因此，鋰碘電池是一種比較理想的起搏器電源。

三、高頻治療和高頻電刀

（一）高頻電療

從細胞RC并聯(lián)等效電路可以看出，當電流不變時，隨著電流頻率的增加，細胞的容抗減小，加載細胞上的電壓逐漸降低，這說明，頻率高的交流電對組織的刺激作用小，不易引起細胞興奮和肌肉收縮。實踐證明，高頻電流對肌肉的刺激作用，從10kHz開始即顯著地減弱，當頻率為500～1000kHz時，甚至幾安培的電流都不會引起刺激。

高頻電流對人體的作用主要是熱效應(yīng)。在高頻交變電磁場的作用下，機體中的離子發(fā)生振動，離子之間相互摩擦，離子與周圍介質(zhì)相互摩擦，結(jié)果鏟射國內(nèi)大量的熱量;組織中一些分子或分子中的電荷會發(fā)生往復(fù)不停地轉(zhuǎn)動或移動，在運動中也要消耗部分電能而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。在臨床理療中，就是利用高頻電流對組織的這種熱作用進行治療的。不同頻率的高頻電流，其生物作用是不同的。例如，中波治療時，皮膚和皮下組織對電流有很大阻力，表淺組織產(chǎn)熱相對比深部組織要多;而短波透熱時，深淺組織產(chǎn)熱的差別較小，因此短波理療作用比中波透熱更均勻、深透。而超短波透熱作用又比短波更均勻、深透，且熱的持續(xù)時間長。

（二）高頻電刀

高頻電刀也是利用高頻電流通過機體時的熱效應(yīng)制成的，是現(xiàn)代外殼手術(shù)常用的設(shè)備之一。高頻電刀有兩個電極：一個是無效電極，面積比較大，可以放在身體的任何部位，一般放在臀部;另一電極叫有效電極，通常做成針形或刃狀形，有效面積很小。高頻電刀的使用頻率一般為0.3～5MHz，電壓有的高達幾千伏，輸出波形因機型不同而異。當通入高頻電流后，無效電極處因電極面積大，電流密度小，不會產(chǎn)生燒灼作用。而有效電極處因電極面積小，電極接近人體時發(fā)生火花放電，在局部組織中電流密度很大，在一瞬間產(chǎn)生大量的熱量，迅速使組織液沸騰而爆發(fā)性地蒸發(fā)掉，從而將肌肉分裂成一個不出血、窄而平坦的、深幾毫米的切口，由于有燒灼作用，可以使小血管中的血液凝固到一定的深度，封閉血管，代替結(jié)扎，同時完成切割和止血工作。這樣，可以減少病人出血，節(jié)約手術(shù)時間，同時還有殺菌作用。高頻電刀是一種大能量輸出的外科器械，能量不能過于集中。在切割時，有效電極必須迅速移動，以減少對周圍組織的破壞，也不能將切割電極置于切口之外的地方，一面產(chǎn)生灼傷。

作者簡介：曹蕊（1985—），女，陜西漢中人，大學本科，漢中職業(yè)技術(shù)學院助教。