淺談電流對人體的作用及醫學應用

【摘要】人體是由許多不同導電性能的組織構成的，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學上的一些應用。

【關鍵詞】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、持續時間、途徑、種類及人體的狀況等多種因素有關。但是在醫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，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，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。

電解作用：體內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，結果，在陰極出現堿，在陽極出現酸，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，在細胞膜上會產生離子堆積，一側堆積正離子，另一側堆積負離子，從而使原有的離子濃度分布發生變化。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。但對機體的某些反應，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肌肉組織，產生刺激作用。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的時間。只要頻率在1kHz以下，電流幅值和持續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.低頻脈沖發生器

除了脈沖發生器之外，還有一個由控制器、放大器構成的反饋支路。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。經放大后的QRS波產生一脈沖信號，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，起搏器不發出刺激脈沖，當自身心率下降或發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，其外殼就是無關電極。為避免電極與周圍組織產生化學作用，通常采用鉑或特質的碳材料作電極。電極形狀有柱狀、螺旋狀、盤狀等，電極一般置于心臟內表面（心內膜電極）。電極引線應具有良好的導電性，柔軟而又有一定的機械強度，能長期經受心臟的不停跳動而不會斷裂和破損。引線與周圍組織應有良好的絕緣，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;內阻大（10kΩ），不會出現內部短路，因而可靠性高;不會產生氣體和漏液，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。在高頻交變電磁場的作用下，機體中的離子發生振動，離子之間相互摩擦，離子與周圍介質相互摩擦，結果鏟射國內大量的熱量;組織中一些分子或分子中的電荷會發生往復不停地轉動或移動，在運動中也要消耗部分電能而轉變為熱量。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，表淺組織產熱相對比深部組織要多;而短波透熱時，深淺組織產熱的差別較小，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制成的，是現代外殼手術常用的設備之一。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，電極接近人體時發生火花放電，在局部組織中電流密度很大，在一瞬間產生大量的熱量，迅速使組織液沸騰而爆發性地蒸發掉，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，代替結扎，同時完成切割和止血工作。這樣，可以減少病人出血，節約手術時間，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，一面產生灼傷。

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