理療學(xué):第一節(jié)　概論

一、高頻電概述

頻率大于100千赫（100,000赫)的交流電稱為高頻電流。它以電磁波形式向四周傳播。電磁波在空間傳播的速度等于光速，為3×10⁸米/秒。高頻電流的頻率與波長成反比關(guān)系，可以公式表示：f＝V/λ。式中f為頻率，單位為Hz，λ為波長，單位為m，V為光速，單位為m/s。所以，知道高頻電的頻率就可以算出它的波長，知道波長也可求出它的頻率。應(yīng)用高頻電作用人體達(dá)到防治疾病目的方法稱高頻電療法。

二、高頻電的特征

高頻電作用人體時具有下列特征：

（一)不產(chǎn)生電解　由于它是一種交流電，是一種正負(fù)交替變化的電流，在正半周內(nèi)，離子向一個方向移動；負(fù)半周內(nèi)，離子又向反方向移動，所以，不會產(chǎn)生電解作用。

（二)作用神經(jīng)肌肉時不產(chǎn)生興奮作用　根據(jù)電生理測定，如果需引起神經(jīng)或肌肉興奮，刺激的持續(xù)時間應(yīng)分別達(dá)到0.3和1ms。但當(dāng)頻率大于100,000赫時，每個周期的時間小于0.01ms，而其中陰極刺激只占其中的1/4即0.0025ms，兩者數(shù)值均未達(dá)到興奮要求，因此，由于高頻電頻率很高，在正常情況下，無論通過多少個周期，一般均不引起神經(jīng)肌肉興奮而產(chǎn)生收縮反應(yīng)。

（三)高頻電通過人體時能在組織內(nèi)產(chǎn)生熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)　在低中頻電流中，由于通過組織電流較小，不能產(chǎn)生足夠熱量。但在高頻電時，由于頻率上升，容抗X_C急劇下降，組織電阻可明顯下降到數(shù)百，數(shù)十甚至數(shù)個歐姆，因此，通過人體的電流可急劇增加。根據(jù)焦耳－楞次定律，Q＝0.24I2Rt，公式中Q－產(chǎn)熱量，I－電流強(qiáng)度，R－電阻，t－通電時間，所以，高頻電組織內(nèi)可產(chǎn)生熱效應(yīng)。此外，高頻電在以不引起體溫升高的電場強(qiáng)度作用人體時，也可改變組織的理化特性和生理反應(yīng)，稱為非熱效應(yīng)。

（四)高頻電治療時，電極可以離開皮膚　在低、中頻電療時，電極必須與皮膚緊密接觸，否則電流不能通入人體，其原因是電極離開皮膚時，皮膚與電極及兩者間的空氣隙形成了一個電容，皮膚和電極相當(dāng)于電容器的二個導(dǎo)體，空氣則相當(dāng)于介質(zhì)，如圖5.1.1。

根據(jù)物理公式，這一電容的容抗為

X_Ｃ＝1/2πfc

圖5.1.1　電極離開皮膚時形成的電容

E-電極；　S-皮膚；　A-空氣

由以上公式可知，f 愈大，X_Ｃ愈小，電流容量通過電容器。

現(xiàn)設(shè)E和S之面積各為1000cm²，E、S相距2cm，則按公式可求出不同頻率時這一電容的容抗大小。如

①直流電：f＝0，故X_C＝∝，因此直流電不能通過。

②低頻電流：設(shè)f＝100Hz，算出X_C＝36.7MΩ，由于阻抗為36.7兆歐（MΩ)因此低頻電不易通過。

③中頻電流：設(shè)f＝5000Hz，算出X_C＝710KΩ而中頻電流常用50V的電壓，根據(jù)I＝V/R故通過的電流甚微（比例為0.07mA)，故亦不能通過這一電容而對人體產(chǎn)生有價值的作用。

④高頻電流：設(shè)f＝40.68MHz（超短波，波長7m)。根據(jù)計算X_C＝88Ω，而大超短波治療機(jī)一般輸入電壓為100-150V，如以100V計算，則通過這一電容的電流為100/88＝1.14A，由此說明超短波機(jī)電流完全可以暢通地通過電極、空氣與皮膚三者形成的電容，所以，治療時電極可以離開皮膚。但中波透熱電療由于其頻率較低（100-300萬赫)，而治療時需要大電流，電極仍須接觸皮膚，否則不能達(dá)到透熱效果。

三、高頻電療的分類

（一)按波長分類

目前醫(yī)療上所用的短波，超短波，分米波，微波的波長劃分見113頁附表5.5.1。

（二)按波形分類可分為

1.減幅正弦電流：電流波幅依次遞補(bǔ)遞減，最后降至0，如圖5.1.2這種電流用火花放電產(chǎn)生，臨床常用的有共鳴火花（達(dá)松代爾)療法。

2.等幅正弦電流：電流波幅相等恒定不變，連續(xù)振蕩，如圖5.1.3，臨床常用的有中波，短波，超短波療法等。

3.脈沖正弦電流：正弦電流以脈沖形式出現(xiàn)，通電時間短，脈沖峰值大，斷時間長，如圖5.1.4，目前采用這種電流的有脈沖短波和脈沖超短波療法。最近出現(xiàn)脈沖微波實驗研究報導(dǎo)，但臨床應(yīng)用尚少見。

（三)按功率分類

1.小功率輸出：適用于小器官和較表淺部位治療，如40-60W的五官科用的小型超短波治療機(jī)。

圖5.1.2 減幅振蕩電流
圖5.1.3 等幅振蕩電流	圖5.1.4 脈沖正弦電流

2.中等功率輸出：用于較大部位和較深的內(nèi)臟部位治療，如100-300W的超短波治療機(jī)。

3.大功率輸出：為近年來發(fā)展應(yīng)用的射頻療法，功率可達(dá)1000W或1000W以上，如大功率短波、超短波和大功率微波、分米波治療機(jī)，用于治療惡性腫瘤。

（四)按電流作用人體的方式分類

1.直接接觸法，如圖5.1.5A電極直接與人體皮膚或粘膜接觸，這多用在頻率較低的高頻電流，因它不易通過電極與皮膚形成的電容。如中波電療法即屬于此類。

2.電容是場法　如圖5.1.5B電極與人體相距一定的距離，整個人體和電極與人體間的空氣（或棉毛織品)作為一種是介質(zhì)放在兩個電極之間，形成一個電容，人體在此電容中接受電場作用，故稱電容電場療法。由于這種電容量小，容抗較大，因此只有頻率較高的高頻電流才能通過，如短波和超短波療法。

3.電纜電磁場療法（線圈電磁場法)如圖5.1.5C用一根電纜將人體或肢體圍繞數(shù)圈，通過高頻電流，由于電磁感應(yīng)，在電纜圈內(nèi)產(chǎn)生磁場，隨之引起人體內(nèi)產(chǎn)生渦電流，引起各種生理治療作用，如短波電纜療法。

4.輻射電磁場法：如圖5.1.5 D當(dāng)高頻電流的頻率很高時，其波長接近光波，很多物理特征與光相似。在其發(fā)射電磁波的天線周圍裝一個類似燈罩狀的輻射器，使電磁波象光一樣經(jīng)輻射器作用到人體，如分米波和微波療法。

圖5.1.5　高頻電作用人體的主要方式

E－電極或幅射器、M－人體，A直接接觸法，B電容電場法，

C電纜電磁法，D輻射場法

四、高頻電對人體的作用基礎(chǔ)與生物物理學(xué)效應(yīng)

（一)高頻電對人體的作用基礎(chǔ)

在高頻電作用下人體各種組織可以形成導(dǎo)體、電介質(zhì)、電容體和導(dǎo)磁體的性質(zhì)、這對了解高頻電療作用人體時產(chǎn)生的效應(yīng)有重要意義。

1.人體組織是一個導(dǎo)體和電容體：人體組織中的血液、淋巴液以及其他各種體液均含有大量水分，且體液中含有大量電解質(zhì)離子，如K⁺，Na⁺，Ca⁺，Mg²⁺，C1^-，PO₄^3-……等，因此能傳導(dǎo)電流。但在直流電和低頻電中，這些導(dǎo)體的電阻比較大，原因是人體組織的結(jié)構(gòu)不均勻，同一組織中可以同時混雜有電阻和電容成分，如在肌組織中，肌細(xì)胞膜就有電容性質(zhì)，肌細(xì)胞外液和內(nèi)含物是良導(dǎo)體，直流電和低頻電流不能或很難通過電容，電流只能從其周圍的體液通過，顯示電阻較大，電流較�。ㄈ鐖D5.1.6A)；而在高頻電時，由于頻率f很高，電容C之容抗X_C（X_C＝1/2πfc)因f上升而降低，在同一時間內(nèi)電流可以通過導(dǎo)體和膜電容部分，結(jié)果電阻明顯下降，電力線的分布要比低頻電中均勻得多，對組織作用也更為均勻。（如圖5.1.6B)

圖5.1.6　低、高頻電流通過組織細(xì)胞進(jìn)的情形

BRC－紅血球，m－細(xì)胞膜；L－電力線；A－低頻電療時電力線的分布；

B-高頻電療時電力線的分布

圖5.1.7電介質(zhì)原子無電場和有電場 作用時的電荷分布 黑圓心-正電荷；圓圈-負(fù)電荷；虛線- 原子范圍；E-電極；A-無電極場作用 時；B-有電場作用時

圖5.1.8　氨基酸的偶極子性質(zhì)模式圖

2.人體許多組織成分有電介質(zhì)或?qū)Т朋w性質(zhì)：干的皮膚、肌腱、韌帶、骨膜、骨等組織的電阻較大，有電介質(zhì)性質(zhì)。電介質(zhì)在直流電或低頻電流中，被認(rèn)為是一種絕緣體；在高頻電場作用下，電介質(zhì)原子中的電子雖不能脫離原子，但其中帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的原子核在原子內(nèi)發(fā)生位移，即帶負(fù)電的電子移向電場正側(cè)，帶正電的原子核移向電場負(fù)側(cè)，這種現(xiàn)象稱子電介質(zhì)的取向或極化，形成偶極子（圖5.1.7A.B)。在高頻交流電場作用下其極性是迅速交變的，每交變一次，偶極子也隨之重新取向一次，引起偶極子不斷地旋轉(zhuǎn)，由于電流的概念是電荷的移動，因此偶極子內(nèi)束電荷的移動就形成電流。這種電流是由于偶極子內(nèi)束縛電荷的位置相對移動產(chǎn)生的，故稱為移電流。人體的氨基酸和神經(jīng)鞘磷脂（Sphingomyelin)就是一種偶極子形式（如圖5.1.8，圖5.1.9)。在氨基酸分子式中，水平部分表示有極性的側(cè)鏈，左方有帶正電的氨基（NH²⁺)，右方有帶負(fù)電的羧基（COO^－)，垂直部分表示無極性呈中性。又在神經(jīng)鞘磷脂圖中（圖5.1.9)“Y”形式左上方為碳?xì)浠�合物部分，右上方為脂肪酸，這二部分有很弱的而且分散的負(fù)電性，“Y”形下端有較強(qiáng)的正電性。

圖5.1.9　神經(jīng)鞘磷脂的電分布FA-脂肪酸

此外，人體內(nèi)某些成分具有導(dǎo)磁性能，如氮、二氧化碳等氣體和一些金屬（鐵、鈷、鎳、錳除外)在磁場中被磁化后，其磁感應(yīng)強(qiáng)度^［1]比真空中的大，導(dǎo)磁系數(shù)^［2]（μ)大于1，稱為順磁物質(zhì)^［3]；另一種物質(zhì)如氫、水、鉍等在磁場中，其磁感應(yīng)強(qiáng)度比在真空中的小，其μ小于1，稱為逆磁物質(zhì)或頑磁物質(zhì)；還有如鐵、鈷、錳等物質(zhì)被磁化后，其感應(yīng)磁強(qiáng)度比在真空中大的多，其μ遠(yuǎn)大于1，稱為鐵磁m.bhskgw.cn/wszg/物質(zhì)。在人體組織成分中，這三種不同性質(zhì)的磁性物質(zhì)都混雜存在，故人體總導(dǎo)磁系數(shù)近于1。

3.高頻振蕩下超微結(jié)構(gòu)的變化：近代研究，在電鏡觀察下，可見到細(xì)胞核中的染色質(zhì)及線粒體在高頻振蕩電流作用下發(fā)生活動現(xiàn)象。脂肪細(xì)胞膜發(fā)生共振現(xiàn)象。有報導(dǎo)足量的微波作用神經(jīng)細(xì)胞后使線粒體膜和細(xì)胞膜受損傷改變，這可能與細(xì)胞膜的滲透性增高有關(guān)。有人認(rèn)為細(xì)胞膜具有磷脂鍵，在微波作用下，鍵上分子運(yùn)動了生變動，從而改變膜的特性。

（二)高頻電場作用人體時的生物物理學(xué)效應(yīng)

由于人體組織有以上多種電磁學(xué)特性，所以，當(dāng)高頻電流作用人體時，就產(chǎn)生許多生物物理學(xué)效應(yīng)。大體可歸納為二類：

1.熱效應(yīng)：由于高頻電流引起人體組織內(nèi)微粒的運(yùn)動，在組織內(nèi)就可產(chǎn)生熱效應(yīng)，其產(chǎn)生原理如圖5.1.10。

圖5.1.10　人體電荷在高頻電作用下的變化模式圖

E＇－電極；－＋高頻電的瞬間極性；A－簡單離子；B－帶電膠體

C－氨基酸偶極子；D－神經(jīng)鞘磷脂型極性分子；CHO碳?xì)滏?/p>

FA脂肪酸；E排列成鏈的電荷；箭頭為各種電荷在該瞬間的運(yùn)動方向。

由上圖可見：

（1)組織體液中的電解質(zhì)離子（A)（如Na⁺、K⁺、C1⁺、OH^－等)及帶電膠體顆粒（B)（蛋白質(zhì)分子顆粒)隨電場正負(fù)變化發(fā)生快速振蕩、即為傳導(dǎo)電流。微粒相互沖撞磨擦引起歐姆耗損而產(chǎn)生熱能。

高頻電流→導(dǎo)體部分→離子及帶電膠體振動→傳導(dǎo)電流（包括渦流)→歐姆耗損→熱效應(yīng)。

（2)在組織及體液中，電介質(zhì)的分或原子如氨基酸型偶極子（C)發(fā)生急劇旋轉(zhuǎn)，神經(jīng)鞘磷脂型極性分子（D)發(fā)生高速擺動（原位移動)即形成位移電流，微粒之間互相摩擦或與周圍媒質(zhì)發(fā)生沖撞，引起介質(zhì)耗損而產(chǎn)生熱能。

高頻電流→電介質(zhì)（包括電容)→偶極子取向及旋轉(zhuǎn)→位移電流→介質(zhì)耗損→熱效應(yīng)。

2.非熱效應(yīng)

當(dāng)以上變化的強(qiáng)度小到不足以產(chǎn)生體溫升高的情況，高頻電流仍可使離子，帶電膠體，偶極子發(fā)生振動和轉(zhuǎn)動，亦有可能改變組織內(nèi)的生長、生物物理學(xué)特性，即電磁場振蕩效應(yīng)。如由于共振吸收產(chǎn)生的選擇性點狀產(chǎn)熱；乳脂、紅血球等帶電顆粒沿電力線分布排列成串珠狀（E)現(xiàn)象；體內(nèi)三種導(dǎo)磁性能物質(zhì)受到高頻電場作用而產(chǎn)生不同程度的磁化改變。以及細(xì)胞內(nèi)染色質(zhì)、線粒體等細(xì)胞器在電場作用下的活動共振現(xiàn)象和分子水平的改變等，由此而產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)稱為非熱效應(yīng)。

熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)是高頻電產(chǎn)生生理作用和治療作用的基礎(chǔ)。由以上可知兩者是密切相關(guān)的。非熱效應(yīng)并不意味著絕對無熱的產(chǎn)生，只不過這種熱不足以引起人的感覺反應(yīng)或體溫改變而已。由于各種高頻電流的波長頻率不同，其在人體內(nèi)產(chǎn)生的非熱效應(yīng)性質(zhì)強(qiáng)弱不同，同一種高頻電由于不同劑量其產(chǎn)生的非熱效應(yīng)也不完全一樣。這種非熱效應(yīng)在微觀上對機(jī)體的生化和生物物理過程可產(chǎn)生一系列影響，如在無熱量的高頻電療中，出現(xiàn)動植物生長發(fā)育加速；神經(jīng)纖維再生加快；白血球吞噬作用加強(qiáng)，急性炎癥加速消退等現(xiàn)象。都說明在人體不感到熱的條件下，高頻電對機(jī)體仍有確切的物理和治療作用。在高頻電作用人體時，熱效應(yīng)中包含有非熱效應(yīng)，非熱效應(yīng)中亦有某種程度的熱效應(yīng)成分。一般說頻率高的高頻電流，或利用小劑量時（超短波小于40mw/cm²，微波小于19mw/cm²)非熱效應(yīng)明顯，反之，頻率低的高頻電流，或采用大劑量作用時，熱效應(yīng)的作用明顯，后者的非熱效應(yīng)被熱效應(yīng)（分子的布朗氏運(yùn)動)所掩蓋而不能顯示其作用了，這點在高頻電流治療中十分重要，應(yīng)引起注意和重視。

注：

（1)磁感應(yīng)強(qiáng)度——物質(zhì)在磁場中被磁化的現(xiàn)象稱為磁感應(yīng)。被磁化物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的總磁場強(qiáng)度稱時磁感應(yīng)強(qiáng)度（B)，B的大小等于垂直于磁力線的每1cm^２面積上通過的磁力線根數(shù)。

（2)導(dǎo)磁系數(shù)（μ)－是B與真空中的磁場強(qiáng)度（H)[即真空中每cm²面積上垂直通過的磁力線根數(shù)]之比：μ＝B/H。

（3)順磁物質(zhì)－凡μ大于1的物質(zhì)，稱為順磁物質(zhì)；μ<1的稱為逆磁物質(zhì)；μ>1稱為鐵磁物質(zhì)。

高頻電產(chǎn)熱作用和傳導(dǎo)熱的作用有很多不同之處（見表5.1.1)。

表5.1.1　高頻產(chǎn)熱與傳導(dǎo)熱的比較