浅谈直流电在医学上的应用

【摘要】文章介绍了直流电通过人体时引起的人体物理及生理机能的变化，并讨论了直流电在医学上的主要应用。

【关键词】直流电；医学；应用

【作者简介】徐武松，男，原籍河南睢县，供职于商丘医学高等专科学校数理教研室，助教，最高学历为本科，研究方向为医用物理学；侯承志，单位：商丘医学高等专科学校。

我们将方向不随时间改变的电流叫直流电。人体是由各种组织构成的。从电学性质上来看，人体是电的导体。当人体成为电路的一部分时，就有电流通过人体，从而对机体产生作用。当直流电作用于活的机体时，能引起机体发生物理化学变化，并引起多种多样的复杂生理效应，这在临时床诊断和治疗方面都有着重要和广泛的应用。

一、直流电对机体的几个基本作用

1.热效应

任何形式的电流通过人体组织都能产生热量，使组织温度升高，其微观机制是：人体组织中的离子在电场作用下不断加速得到动能，而获得动能的离子又不断与其它分子碰撞，把动能转化为热运动的内能。这样产生的热量称为焦耳热，而这种产热形式称为电阻损耗。

2.刺激效应

一个足够大的外加电流通过人体能在人体组织中形成局部电位，这个电流能刺激神经和激发动作电位，动作电位在神经中传播，进而引起组织的反应。

3.电极化

当体内存在电场的时候，沿电场方向细胞膜两侧会发生离子堆积，一侧堆积正离子，另一侧堆积负离子。正负离子在细胞膜两侧堆积的现象叫做电极化。

4.离子浓度变化

细胞膜上离子浓度变化是引起生理作用的基础。K+，Na+,Ca2+,Mg2+,浓度的变化所引起的生理效应极为明显。当直流电通过人体时，由于K+，Na+的迁移速度比Ca2+,Mg2+的大，所以在阴极K+，Na+浓度相对地无电流时要大。而K+，Na+的浓度增加，使该处胶体的溶解度增加，因而细胞膜变得疏松，通透性变大，平时不能通过细胞膜的物质也能进入细胞内，细胞的机能就会受到影响，在生理上表现为兴奋性升高；在阳极处Ca2+,Mg2+浓度相对地比平时要大。由于Ca2+,Mg2+的浓度增加，细胞膜胶体凝缩，膜变的致细，通透性降低，甚至中止细胞内的新城代谢，结果使兴奋性降低。

H+和OH+浓度的变化可直接引起机体内的PH值的变化，从而引起蛋白质胶体的结构，相应地改变细胞的机能。

在直流电的作用下，离子浓度的变化有两种相反的过程决定。一种是在外电场作用下离子在细胞膜处堆积，从而使离子浓度增大；另一种是高浓度处的离子在组织间扩散，从而使离子浓度变小。而由于离子扩散现象进行得相对缓慢，在相同的时间里不足以抵消由于外电场的作用引起的细胞膜离子浓度的增加，所以前者占优势。显然电流强度增加的速率越大，细胞膜处离子浓度的变化就越大，这样使得神经刺激容易发生。做直流电疗时，一定要逐渐增大治疗电流，否则患者会有电击感。

5.电解作用

人体组织中的所有细胞都没在淋巴液，血液和其他体液中。组织液是有水和钠、钾、氯等各种正负离子组成的电解质溶液。在直流电作用下，组织液内的离子将分别向异性电极移动，在电极处形成新物质，这就是通常的电解作用。例如体内的重要成分氯化钠溶液在体液中，在直流电的作用下，若向阴极移动，在阴极发生中和，生成钠原子，钠原子和水作用，则生成碱和氢；若向阳极移动，则生成氯，氯进一步和水作用生成酸和氢。

由上可见，在阴极发生碱性反应，在阳极发生酸性反应，这种现象叫做电解作用。可借此治疗某些疾病，例如：

（1）肿瘤治疗：肿瘤组织在直流电作用下，电解产物所形成的电场区域改变了肿瘤组织生存的微环境，使肿瘤组织发生电离、电化学反应，导致肿瘤组织的变性、死亡，适用于体积不大的内脏肿瘤或转移癌。这一方法称为电化学疗法，或称肿瘤的直流电疗法。

（2）电解拔毛：电解时阴极下的碱性反应使毛囊周围组织变松，适用于倒睫的拔除。

（3）电解除赘：利用电解方法除去皮肤和粘膜的赘生物。适用于小血管瘤、淋巴管瘤和痔。

由于酸和碱对皮肤都有刺激和损伤作用，所以在电疗时不应将极直接放在皮肤上，应在电极和皮肤之间衬上几层容易润湿的棉织物，如法兰绒布等。

6.电泳

人体中的细胞外液(组织液和血浆)中除了有正、负离子外，还有带电或不带电的悬浮胶粒，带电胶粒有细胞、病毒、蛋白质分子或合成粒子。

在电场作用下，带电胶粒将发生迁移，胶粒在电场作用下的迁移现象称为电泳。

胶粒移动的快慢主要取决于电场强度、胶粒所带的电量及质量、胶粒大小和形状以及液体的粘滞系数和介电常数等。所以，不同带电胶粒在电场作用下的迁移速度一般是不同的，因此可以用电泳的方法将标本中的不同成分分开，这种方法已成为生物化学研究、制药及临床检验的常用手段。例如血浆中包含有好几种蛋白质，如血清蛋白、球蛋白、纤维蛋白原等，利用电泳的方法可以把这些不同的蛋白质分开，对它们进行定性的和定量的研究。比较精细的电泳技术可以把人体血浆中多达40种的蛋白分开。

二、直流电在医学上的应用

由于直流电通过人体时会发生很多的物理或化学的反应，从而引起一系列的作用，所以利用直流电可以治疗很多疾病，下面就谈一下关于直流电疗的相关问题。在临床上，利用直流电可以达到治疗某些疾病的作用，这种方法被称为电疗。

1.直流电疗法

使较低电压的直流电通过机体用以治疗疾病的方法称为直流电疗法。其治疗作用主要有：镇静或兴奋作用，对自主神经或内脏功能的调节作用、消炎镇痛作用，对血压或肌张力的调节作用，电解拔毛和除去皮肤赘生物等。

2.直流电离子透入疗法

利用直流电场将药物离子从皮肤引入机体的方法叫做直流电透入疗法。药物溶液中某些成分可以电解为离子。根据电学的同性相斥，异性相吸的原理，在直流电场力的作用下，带电的药物离子发生定向移动，药物离子进入人体后，可直接作用局部其治疗作用；也可在皮肤内形成离子堆，通过血液、淋巴循环逐渐分布全身。在局部表浅组织中，药物浓度可比肌肉注射途径用药高20~100倍，作用时间比注射或口服持续时间长。直流电药物透入也可以通过神经反射途径引起机体反应，达到治疗的目的。

离子投入疗法既有直流电疗的作用，又有药物的作用，其疗效比单纯的直流电疗要好，在临床上已得到广泛的应用，如神经症、溃疡病、慢性关节炎、皮肤化脓性感染、过敏性鼻炎、慢性中耳炎、眼底出血等。因透入药量少，不损伤皮肤和黏膜，不引起疼痛，不刺激胃肠道，不会产生药物不良反应，患者易于接受。

3.心脏除颤器

在正常情况下，心脏有节律的动作，保证人体进行正常的血液循环，但是由于心肌冲动起源异常，或存在多源性兴奋灶等原因，会引起心房扑动或颤动，心室扑动或颤动及心动过速等间歇性或持续性心律失常。尤其是心室颤动时，心室无整体收缩力，会导致血液循环终止。

心脏除颤器就是用电能治疗严重心律失常，特别是消除心室颤动的仪器。心脏除颤器的电路原理为电容充放电电路。除颤时，将充电后的电容器通过电极接至人体，用放电电流对心脏停搏，消除杂乱兴奋，以使自律最强的窦房结重新成为起搏点并控制整个心搏，从而恢复窦性心律的正常状态。

4.心电图

人体的每一次活动，都伴随有电现象的发生，称为生物电。如神经传导、肌肉兴奋、心脏跳动、大脑活动以及腺体分泌等生理过程，都会产生相应的电位变化。现代医学中广泛地利用心电图、脑电图、肌电图、视网膜电图等记录有关生物电的变化，作为判断各组织活动的生理或病理状态的重要依据。

心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三维空间的容积导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形叫做心电图。

利用心电图可以分析和鉴别各种心律失常、心室心房肥大、心肌梗死、心肌缺血等病症，在指导心脏手术及进行药物处理上有参考价值。然而，有时貌似正常的心电图不一定证明心脏功能正常，所以心电图的检查必须结合多种指标和临床资料，进行全面综合分析，才能对心脏的功能结构做出正确的判断。

【参考文献】

[1]楼渝英.物理[M].北京：人民卫生出版社，2001.

[2]潘志达.医学物理学[M].北京：人民卫生出版社，2009.