第五章　高频电疗法

第一节　概 论

　　一、高频电概述

　　频率大于100千赫（100,000赫）的交流电称为高频电流。它以电磁波形式向四周传播。电磁波在空间传播的速度等于光速，为3×10⁸米/秒。高频电流的频率与波长成反比关系，可以公式表示：f＝V/λ。式中f为频率，单位为Hz，λ为波长，单位为m，V为光速，单位为m/s。所以，知道高频电的频率就可以算出它的波长，知道波长也可求出它的频率。应用高频电作用人体达到防治疾病目的方法称高频电疗法。

　　二、高频电的特征

　　高频电作用人体时具有下列特征：

　　（一）不产生电解　由于它是一种交流电，是一种正负交替变化的电流，在正半周内，离子向一个方向移动；负半周内，离子又向反方向移动，所以，不会产生电解作用。

　　（二）作用神经肌肉时不产生兴奋作用　根据电生理测定，如果需引起神经或肌肉兴奋，刺激的持续时间应分别达到0.3和1ms。但当频率大于100,000赫时，每个周期的时间小于0.01ms，而其中阴极刺激只占其中的1/4即0.0025ms，两者数值均未达到兴奋要求，因此，由于高频电频率很高，在正常情况下，无论通过多少个周期，一般均不引起神经肌肉兴奋而产生收缩反应。

　　（三）高频电通过人体时能在组织内产生热效应和非热效应　在低中频电流中，由于通过组织电流较小，不能产生足够热量。但在高频电时，由于频率上升，容抗X_C急剧下降，组织电阻可明显下降到数百，数十甚至数个欧姆，因此，通过人体的电流可急剧增加。根据焦耳－楞次定律，Q＝0.24I2Rt，公式中Q－产热量，I－电流强度，R－电阻，t－通电时间，所以，高频电组织内可产生热效应。此外，高频电在以不引起体温升高的电场强度作用人体时，也可改变组织的理化特性和生理反应，称为非热效应。

　　（四）高频电治疗时，电极可以离开皮肤　在低、中频电疗时，电极必须与皮肤紧密接触，否则电流不能通入人体，其原因是电极离开皮肤时，皮肤与电极及两者间的空气隙形成了一个电容，皮肤和电极相当于电容器的二个导体，空气则相当于介质，如图5.1.1。

　　根据物理公式，这一电容的容抗为

X_Ｃ＝1/2πfc

图5.1.1　电极离开皮肤时形成的电容

E-电极；　S-皮肤；　A-空气

　　由以上公式可知，f 愈大，X_Ｃ愈小，电流容量通过电容器。

　　现设E和S之面积各为1000cm²，E、S相距2cm，则按公式可求出不同频率时这一电容的容抗大小。如

　　①直流电：f＝0，故X_C＝∝，因此直流电不能通过。

　　②低频电流：设f＝100Hz，算出X_C＝36.7MΩ，由于阻抗为36.7兆欧（MΩ）因此低频电不易通过。

　　③中频电流：设f＝5000Hz，算出X_C＝710KΩ而中频电流常用50V的电压，根据I＝V/R故通过的电流甚微（比例为0.07mA），故亦不能通过这一电容而对人体产生有价值的作用。

　　④高频电流：设f＝40.68MHz（超短波，波长7m）。根据计算X_C＝88Ω，而大超短波治疗机一般输入电压为100-150V，如以100V计算，则通过这一电容的电流为100/88＝1.14A，由此说明超短波机电流完全可以畅通地通过电极、空气与皮肤三者形成的电容，所以，治疗时电极可以离开皮肤。但中波透热电疗由于其频率较低（100-300万赫），而治疗时需要大电流，电极仍须接触皮肤，否则不能达到透热效果。

　　三、高频电疗的分类

　　（一）按波长分类

　　目前医疗上所用的短波，超短波，分米波，微波的波长划分见113页附表5.5.1。

　　（二）按波形分类可分为

　　1.减幅正弦电流：电流波幅依次递补递减，最后降至0，如图5.1.2这种电流用火花放电产生，临床常用的有共鸣火花（达松代尔）疗法。

　　2.等幅正弦电流：电流波幅相等恒定不变，连续振荡，如图5.1.3，临床常用的有中波，短波，超短波疗法等。

　　3.脉冲正弦电流：正弦电流以脉冲形式出现，通电时间短，脉冲峰值大，断时间长，如图5.1.4，目前采用这种电流的有脉冲短波和脉冲超短波疗法。最近出现脉冲微波实验研究报导，但临床应用尚少见。

　　（三）按功率分类

　　1.小功率输出：适用于小器官和较表浅部位治疗，如40-60W的五官科用的小型超短波治疗机。

　　2.中等功率输出：用于较大部位和较深的内脏部位治疗，如100-300W的超短波治疗机。

　　3.大功率输出：为近年来发展应用的射频疗法，功率可达1000W或1000W以上，如大功率短波、超短波和大功率微波、分米波治疗机，用于治疗恶性肿瘤。

　　（四）按电流作用人体的方式分类

　　1.直接接触法，如图5.1.5A电极直接与人体皮肤或粘膜接触，这多用在频率较低的高频电流，因它不易通过电极与皮肤形成的电容。如中波电疗法即属于此类。

　　2.电容是场法　如图5.1.5B电极与人体相距一定的距离，整个人体和电极与人体间的空气（或棉毛织品）作为一种是介质放在两个电极之间，形成一个电容，人体在此电容中接受电场作用，故称电容电场疗法。由于这种电容量小，容抗较大，因此只有频率较高的高频电流才能通过，如短波和超短波疗法。

　　3.电缆电磁场疗法（线圈电磁场法）如图5.1.5C用一根电缆将人体或肢体围绕数圈，通过高频电流，由于电磁感应，在电缆圈内产生磁场，随之引起人体内产生涡电流，引起各种生理治疗作用，如短波电缆疗法。

　　4.辐射电磁场法：如图5.1.5 D当高频电流的频率很高时，其波长接近光波，很多物理特征与光相似。在其发射电磁波的天线周围装一个类似灯罩状的辐射器，使电磁波象光一样经辐射器作用到人体，如分米波和微波疗法。

图5.1.5　高频电作用人体的主要方式

E－电极或幅射器、M－人体，A直接接触法，B电容电场法，

C电缆电磁法，D辐射场法

　　四、高频电对人体的作用基础与生物物理学效应

　　（一）高频电对人体的作用基础

　　在高频电作用下人体各种组织可以形成导体、电介质、电容体和导磁体的性质、这对了解高频电疗作用人体时产生的效应有重要意义。

　　1.人体组织是一个导体和电容体：人体组织中的血液、淋巴液以及其他各种体液均含有大量水分，且体液中含有大量电解质离子，如K⁺，Na⁺，Ca⁺，Mg²⁺，C1^-，PO₄^3-……等，因此能传导电流。但在直流电和低频电中，这些导体的电阻比较大，原因是人体组织的结构不均匀，同一组织中可以同时混杂有电阻和电容成分，如在肌组织中，肌细胞膜就有电容性质，肌细胞外液和内含物是良导体，直流电和低频电流不能或很难通过电容，电流只能从其周围的体液通过，显示电阻较大，电流较小（如图5.1.6A）；而在高频电时，由于频率f很高，电容C之容抗X_C（X_C＝1/2πfc）因f上升而降低，在同一时间内电流可以通过导体和膜电容部分，结果电阻明显下降，电力线的分布要比低频电中均匀得多，对组织作用也更为均匀。（如图5.1.6B）

图5.1.6　低、高频电流通过组织细胞进的情形

BRC－红血球，m－细胞膜；L－电力线；A－低频电疗时电力线的分布；

B-高频电疗时电力线的分布

图5.1.8　氨基酸的偶极子性质模式图

　　2.人体许多组织成分有电介质或导磁体性质：干的皮肤、肌腱、韧带、骨膜、骨等组织的电阻较大，有电介质性质。电介质在直流电或低频电流中，被认为是一种绝缘体；在高频电场作用下，电介质原子中的电子虽不能脱离原子，但其中带负电荷的电子和带正电荷的原子核在原子内发生位移，即带负电的电子移向电场正侧，带正电的原子核移向电场负侧，这种现象称子电介质的取向或极化，形成偶极子（图5.1.7A.B）。在高频交流电场作用下其极性是迅速交变的，每交变一次，偶极子也随之重新取向一次，引起偶极子不断地旋转，由于电流的概念是电荷的移动，因此偶极子内束电荷的移动就形成电流。这种电流是由于偶极子内束缚电荷的位置相对移动产生的，故称为移电流。人体的氨基酸和神经鞘磷脂（Sphingomyelin）就是一种偶极子形式（如图5.1.8，图5.1.9）。在氨基酸分子式中，水平部分表示有极性的侧链，左方有带正电的氨基（NH²⁺），右方有带负电的羧基（COO^－），垂直部分表示无极性呈中性。又在神经鞘磷脂图中（图5.1.9）“Y”形式左上方为碳氢化合物部分，右上方为脂肪酸，这二部分有很弱的而且分散的负电性，“Y”形下端有较强的正电性。

图5.1.9　神经鞘磷脂的电分布FA-脂肪酸

　　此外，人体内某些成分具有导磁性能，如氮、二氧化碳等气体和一些金属（铁、钴、镍、锰除外）在磁场中被磁化后，其磁感应强度^［1]比真空中的大，导磁系数^［2]（μ）大于1，称为顺磁物质^［3]；另一种物质如氢、水、铋等在磁场中，其磁感应强度比在真空中的小，其μ小于1，称为逆磁物质或顽磁物质；还有如铁、钴、锰等物质被磁化后，其感应磁强度比在真空中大的多，其μ远大于1，称为铁磁物质。在人体组织成分中，这三种不同性质的磁性物质都混杂存在，故人体总导磁系数近于1。

　　3.高频振荡下超微结构的变化：近代研究，在电镜观察下，可见到细胞核中的染色质及线粒体在高频振荡电流作用下发生活动现象。脂肪细胞膜发生共振现象。有报导足量的微波作用神经细胞后使线粒体膜和细胞膜受损伤改变，这可能与细胞膜的渗透性增高有关。有人认为细胞膜具有磷脂键，在微波作用下，键上分子运动了生变动，从而改变膜的特性。

　　（二）高频电场作用人体时的生物物理学效应

　　由于人体组织有以上多种电磁学特性，所以，当高频电流作用人体时，就产生许多生物物理学效应。大体可归纳为二类：

　　1.热效应：由于高频电流引起人体组织内微粒的运动，在组织内就可产生热效应，其产生原理如图5.1.10。

图5.1.10　人体电荷在高频电作用下的变化模式图

E＇－电极；－＋高频电的瞬间极性；A－简单离子；B－带电胶体

C－氨基酸偶极子；D－神经鞘磷脂型极性分子；CHO碳氢链

FA脂肪酸；E排列成链的电荷；箭头为各种电荷在该瞬间的运动方向。

　　由上图可见：

　　（1）组织体液中的电解质离子（A）（如Na⁺、K⁺、C1⁺、OH^－等）及带电胶体颗粒（B）（蛋白质分子颗粒）随电场正负变化发生快速振荡、即为传导电流。微粒相互冲撞磨擦引起欧姆耗损而产生热能。

　　高频电流→导体部分→离子及带电胶体振动→传导电流（包括涡流）→欧姆耗损→热效应。

　　（2）在组织及体液中，电介质的分或原子如氨基酸型偶极子（C）发生急剧旋转，神经鞘磷脂型极性分子（D）发生高速摆动（原位移动）即形成位移电流，微粒之间互相摩擦或与周围媒质发生冲撞，引起介质耗损而产生热能。

　　高频电流→电介质（包括电容）→偶极子取向及旋转→位移电流→介质耗损→热效应。

　　2.非热效应

　　当以上变化的强度小到不足以产生体温升高的情况，高频电流仍可使离子，带电胶体，偶极子发生振动和转动，亦有可能改变组织内的生长、生物物理学特性，即电磁场振荡效应。如由于共振吸收产生的选择性点状产热；乳脂、红血球等带电颗粒沿电力线分布排列成串珠状（E）现象；体内三种导磁性能物质受到高频电场作用而产生不同程度的磁化改变。以及细胞内染色质、线粒体等细胞器在电场作用下的活动共振现象和分子水平的改变等，由此而产生的生物学效应称为非热效应。

　　热效应和非热效应是高频电产生生理作用和治疗作用的基础。由以上可知两者是密切相关的。非热效应并不意味着绝对无热的产生，只不过这种热不足以引起人的感觉反应或体温改变而已。由于各种高频电流的波长频率不同，其在人体内产生的非热效应性质强弱不同，同一种高频电由于不同剂量其产生的非热效应也不完全一样。这种非热效应在微观上对机体的生化和生物物理过程可产生一系列影响，如在无热量的高频电疗中，出现动植物生长发育加速；神经纤维再生加快；白血球吞噬作用加强，急性炎症加速消退等现象。都说明在人体不感到热的条件下，高频电对机体仍有确切的物理和治疗作用。在高频电作用人体时，热效应中包含有非热效应，非热效应中亦有某种程度的热效应成分。一般说频率高的高频电流，或利用小剂量时（超短波小于40mw/cm²，微波小于19mw/cm²）非热效应明显，反之，频率低的高频电流，或采用大剂量作用时，热效应的作用明显，后者的非热效应被热效应（分子的布朗氏运动）所掩盖而不能显示其作用了，这点在高频电流治疗中十分重要，应引起注意和重视。

　　注：

　　（1）磁感应强度——物质在磁场中被磁化的现象称为磁感应。被磁化物质内部产生的总磁场强度称时磁感应强度（B），B的大小等于垂直于磁力线的每1cm^２面积上通过的磁力线根数。

　　（2）导磁系数（μ）－是B与真空中的磁场强度（H）[即真空中每cm²面积上垂直通过的磁力线根数]之比：μ＝B/H。

　　（3）顺磁物质－凡μ大于1的物质，称为顺磁物质；μ<1的称为逆磁物质；μ>1称为铁磁物质。

　　高频电产热作用和传导热的作用有很多不同之处（见表5.1.1）。

表5.1.1　高频产热与传导热的比较