ACTION PHYSIOLOGIQUE

DES

COURANTS ALTERNATIFS A GRAi^DE FRÉQUENCE

Par M. A. D'ARSONVAL

Dans des travaux antérieurs j'ai fait connaitre l'action physiologique des courants alternatifs de forme sinusoïdale à basse fréquence. J'ai montré également, dans le cas d'une excitation unique, l'influence capitale de la forme de l'onde électrique que j'ai appelée Caractéristique de Vexcitalion. J'ai poursuivi ces recherches systématiques sur les effets de l'électricité en me demandant ce que deviennent les plié» nomènes d'excitation neuro-musculaire lorsqu'on augmente indéfi* niment le nombre des oscillations électriques dans l'unité de temps» Le présent travail a pour but de résumer les phénomènes que j'ai pu jusqu'ici constater en excitant les tissus par des courants à fréquence graduellement croissante. Nous avons vu qu'avec des ondes sinusoïdales très étalées, le nerf et le fnuscle ne sont pas excités ; il n'y a, dans ce cas, ni douleur ni contraction musculaire, et le passage du courant s'accuse néanmoins par des modifications profondes de la nutrition se traduisant par une absorption plus grande d'oxygène et une production plus considérable d'acide cf^rbonique. En changeant la forme de l'onde, chaque onde électrique produira une secousse musculaire. En augmentant leur nombre, non seulement le nombre

ARCII. D'ÉI.ECTR. MÉD. — iS^S. 10

l34 AUCIIIVKS D'ÉLECTRICITÉ MÉDICALE.

des secousses ira en augmealaiit, mai» les diverses conlraclions iront en se fusionnant de. plus en .plus jusqu'au moment où le muscle restera en contraction permanente. Le muscle est alors tétanisé;' il faut pour cela de !K) à 3o excitations à la seconde pour les muscles de riiomme. Lorsque le muscle est tétanisé, si on augmente le nombre des ondes, on augmente également l'inlensité des phénomènes d'excitation, mais cela n'a pas lieu indéfiniment comme on serait tenté de le croire. A partir d'un maximum qui a lieu entre 3,5oo et 5,ooo excitations par seconde, on voit au contraire les phénomènes d'excitation décroître a\ec le nombre des oscillations électriques d'une façon trèë indéfinie. 11 en résulte ce phénomène surprenant qu'avec des oscillations suffisamment rapides on peut faire passer h travers l'organisme des courants qui ne sont nullement perçus, alors qu'ils seraient foudroyants si on abaissait la fréquence. J'avais pressenti ce résultat dès 1888 au cours de mes recherches sur la bobine d'induction, mais je ne pus en donner une première démonstration que dans mon cours du Collège de France (1889-90), en employant l'altemateur que je vais décrire. Je vis alors clairement que l'excitation diminuait avec la fréquence, mais je ne pus supprimer complètenïent tout phénomène d'excitation avec rallernatcur en question. Je n'atteignis ce résultat qu'en décembre 1890 en substituant à ma machine, qui ne pouvait guère donner plus de 10,000 excitations par seconde, l'admirable appareil que M. Hertz venait de combiner et qui peut donner plusieurs billions d'excitations électriques dans une seconde.

pRODicTioîi DES coi'UA^TS péiiioDiQiES- — J*aî employé trois dispo» sitifs différents pour produire des ondes périodiques : i** k bobine d'induction dite bobine de RuhmkorflP; »• un alternateur sans fer dont le dispositif principal a été indiqué par M. Granmie en 1870; 3" la décharge oscillante des condensateurs.

r Bobine, — De la bobine je dirai peu de chose, sinon que c'est lin instrument des plus infidèles avec lequel on peut h peine espéretf atteindre a^ooD excitations par seconde, que l'on emploie conmie interrupteur soit le trembleur, soit un interrupteur automatique. Cela tient à la présemïe du fcr doux du noyau qui, s'il se désaimante rapidement, demande au contraire un temps assez long pour s'aimanter. Ce temps d'aimantation limite rapidement le nombre des ondes qu'dn peut obtenir; les ondes dues à l'aimantation sont en outre très différentes de celles que produit la désaimantation. De plus, la fcMrme de ces ondes e«t inconnue et change lorsqu'on veut augmenter leur nombre:

DES COUHANTS ALTERNATIFS A GRANDE FRÉQUENCE. l35

a* Alternateur. — Il faut donc rejeter complètement tous les appareils dans lesquels les courants sont produits par les yariatîons d'aimantation du fer. Ce résultat est obtenu avec Tappareil suivant. 11 se compose d'un inducteur et d'un induit. L'inducteur est formé d'une bottine cylindrique en fer, munie de deux grandes joues, en fer, de 5o centimètres de diamètre. Cette bobine peut* tourner rapidement autour de son axe monté sur pointes. Autour de l'axe est roulé un fil de cuivre isolé qui, traversé par un courant constant, polarise une des joues nofd et l'autre sud. A k face interne des joues, et près de leur bord, sont imf^ntées cent chevilles en fer qui se font vis-à-vis deux à deux en laissant entre chaque couple nord- sud un petit espace libre de I centimètre environ. Dans cet espace libre on maintient, au moyen d'un support fixe, une petite bobiile circulaire sans fer, ayant la forme d'une galette constituant le circuit induit. En mettant la grosse bobine en mouvement, chaque paire de pôles qui passe devant la bobine fixe y induit une double onde sinusoïdale dont on gradue l'énergie, pour une même vitesse de rotation, en modifiant l'intensité du courant qui crée le champ noagnétique inducteur. Cet appareil permet de modifier, soit le nombre de périodes par seconde, soit la forme de l'onde. 11 a le grand avantage de fournir un nombre d'ondes variable sans en altérer la forme. Il suffit, en effet, tout en laissant la vitesse de rotation constante, d'enlever les chevilles polaires de deux en deux pour diminuer le nombre des courants engendrés pendant un tour complet de l'inducteur. Avec une seule paire de chevilles plolaires on n'a qu'une période par tour; avec too, on en a loo dans le même temps, et les ondes produites ont la même forme, puisque les pôles qui passent devant la bobine fixe ont la même vitesse et la même aimantation. Avec cet appareil, j'ai pu aller jusqu'à 10,000 alternances à la seconde.

3* Décharge des condensateurs. — C'est le phénomène utilisé par M. Hert2 pour produire des ondulations électriques extrêmement rapides. Ce {^énomène a été découvert par Feddersen et étudié, il y a plus de 4o ans, par Helmholtz et sir W. Thcmison, qui en ont donné la loi mathématique. Il consiste en ceci : si on opère la décharge d'une bouteille de Leyde au moyen d'un conducteur, deux cas très différents peuvent se présenter suivant les valeurs relatives de la capacité C, du coefficient de self- induction L et de la résistance R du

système. Si on a R >|/ — , la décharge est continue; dans le cas

contraire, eBe est oscillatoire. Dans le cas de la décharge oscillatoire, les oscillaiiofis sont isochrones et leur amplitude décroît suivant les

l36 ARCHIVES D'ÉLECTRICITÉ MÉDICALE.

lemies d'une progression géomclrique. Le mouvement d'un liquide dans des vases communiquants fait bien comprendre ce qui se passe avec la bouteille de Leyde. Suivant la résistance oflcrte au mouvement du liquide, le niveau reprend sa position d'équilibre pu bien d'une manière lenle et sans le dépasser, ou à la suite d'une série d'oscillations, à amplitude décroissante, qui absorbent toute l'énergie par suite des frottements. On peut mesurer la durée et le nombre des oscillations en examinant la décharge au moyen d'un miroir tournant. Lorsque la résistance est négligeable, la durée d'une oscillation est donnée par la formule de Thomson T = 27:k'L.G en fonction de la capacité G et de la self-induction L du système.

On peut par conséquent donner à T les valeurs les plus différentes en modifiant L et G. M. Hertz a atteint i billionième de seconde, et mon ami M. Potier a pu abaisser la période oscillatoire jusqu'à faire rendre à la bouteillp de Leyde un son musical perceptible à l'oreille. Dans mes premières expériences je me suis servi du vibrateur de Hertz; plus tard j'ai employé le dispositif plus puissant signalé par MM. Elihu-Thomson et Testa. Ennn,dans mes recherches récentes j'ai trouvé grand avantage à employer exclusivement l'appareil suivant, dont les expériences de M. Lodge, à propos des paratonnerres, m'ont donné l'idée. Soit A A' (fig. i) les armatures internes de deux bouteilles de Leyde montées en cascade. Les armatures sont réunies à une source d'électricité à haut potentiel (machine de Holtz, bobine de Rulimkorff ou transformateur). Les armatures externes BB' sont réunies entre elles par un solénoïde G G' comjKDsé d'un gros iil de cuivre faisant i5 à ao tours.

Gliaquc fois qu'une étincelle part entre A A', un courant oscillant extrénienienl énergique prend naissance dans le solénoïde, à tel ix>inl qu'en prenant comme pôles ses extrémités G, G', on obtient un courant qui i>cut allumer au l)lanc une forte lanqw à incandescence L, tenue

DES COURANTS ALTERNATIFS A GRANDE FRÉQUENCE. lij

entre deux personnes DD'. L'étincelle qu'on obtient entre C C est beaucoup plus longue que celle qui éclate entre A A' . Cela tient à ce que, dans ce cas, la décharge des armatures extérieures B B' se fait d'une manière soudaine, tandis que celle des armatures intérieures A A' est préparée, la dilTérence de potentiel entre les boules allant en croissant jusqu'à ce que l'étincelle éclate. Dans ces conditions la résistance du solénoïde G C joue un rôle secondaire, tandis que sa selfinduction devient prépondérante. On peut rapprocher les effets produits par les décharges très brusques de ceux donnés en mécanique par les forces instantanées, ainsi que le fait remarquer très judicieusement M. Joubert. Placez un bloc de coton poudre sur une plaque d'acier : il brûle lentement si on l'allume ; il brise au contraire la plaque si on le

Fio. a.

fait détoner au moyen du fulminate de mercure. La même énergie pourtant a été mise en jeu dans les deux cas, mais dans le second la pression développée par les gaz est tellement soudaine que la résistance de l'air devient comparable à celle de l'acier. C'est la difTérence qui existe dans l'appareil décrit ci- dessus entre la pression électrique développée graduellement en A A', soudainement au contraire en CC, du moment où la bouteille se décharge. Si l'on veut augmenter la tension du courant, il suCQt de plonger dans le solénoïde une bobine comprenant un plus grand nombre de tours. Cette bobine est logée dans un tube de verre plein d'huile (flg. 2), qui l'isole complètement. On obtient ainsi facilement un torrent d'étincelles de i5 à ao centi" mètres de longueur.

Effets physiologiques des courants à haute fréquence. — On peut utiliser de deux façons difTérentes les courants ainsi obtenus : 1° soit en leur faisant traverser directement les tissus qu'on veut soumettre à leur action; 2' soit en plongeant ces tissus dans l'intérieur du solénoïde, mais sans aucune communication avec lui.

Dans ce second cas les tissus placés dans le solénoïde sont le siège

l38 ARCHIVES D'ÉLECTRICITÉ MÉDICALE.

de courants induits extrêmement énergiques, grâce à la fréquence de la source électrique. lis se comportent conmic des conducteurs fermés sur eux-mêmes et sont parcourus par des courants d'induction d'une grande intensité. Au point de vue physiologique, les effets obtenus sont sensiblement les mêmes dans les deux cas. Aoici les principaux : i* Action nulle sur la sensibilité générale et sur la contraclilité musculaire. C'est le phénomène le plus frappant, a* On a des courants capables do porter à l'incandescence une série de lampes électriques. 3' Ces lampes, placées entre deux personnes D D' (fig. i) complétant le circuit, s'allument sans que l'on ressente aucune impression sensorielle. Si le courant est trop fort, on éprouve simplement un peu de chaleUr aux points d'entrée et de sortie du courant. J'ai pu faire traverser mon corps par des courants de plus de trois mille m A., alors que des courants d'une intensité lo fois moindre seraient extrêmement dangereux si la fréquence, au lieu d'être de 5oo,ooo à 1,000,000 par seconde, était abaissée à 100, comme cela a lieu pour les courants alternatifs industriels.

On s'est beaucoup inquiété de l'explication à donner de ce résultat paradoxal que j'ai le premier signalé dans mes « Leçons » du Collège de France (1890) et à la Société de biologie (a4 février, a5 avril et 2 mai 1891) (i). — Dans mes communications à la Société de biologie j'avais émis deux hypothèses : i" ou bien ces courants, à cause de leur énorme fréquence, passent exclusivemerit à la suifàcô du corps (on sait en effet que les courants à grande fréquence ne pénètrent pas' et s'écoulent à la surface des conducteurs comme le ftitt rélectrîcllé statique), ou bien a* les nerfs sensitifs et moteurs sont organisés pour répondre seulement à dos vibrations de ft^équence déterminée. C'est ce que nous voyons, par exemple, pour le nerf optique, dont les terminaisons sont aveugles pour les ondulations de l'éthor d'une période inférieure à 497 billions par seconde (rouge) et supérieure à 738 billions par seconde (violet).

Le nerf acoustique se trouve dans le même cas pour les vibrations sonores. En deçà et au delà de certaines périodes vibratoires, les sons musicaux n'existent plus et l'oreille reste insensible à ces excitations. On verra ci-dessous que le corps humain ne se comporte pas comme un conducteur métallique. Les courants à haute fréquence, au lieu de s'écouler par la surface du corps, pénètrent dans l'organisme et vont influencer des centres nerveux profondément

(*) Voir Vlndustrie électrique (au avril 1892), la Lumière électrique (16 avril 1899) et VElectricUin (16 avril 18911).

DES COUnANTS ALTKIINÀTIFS A GRANDE FRÉQUENCE. iSg

situés, soit directement» soit en produisant des courants induits. Que ces excitations soient directes ou induites, la somme d'énergie qui traverse Torgantsme reste la même. Et la conclusion est ta même dans les deux cas. En employant un courant à haute iVéquence, l'organisme est traversé, sans manifester aucune réaclion, par des courants dont l'énergie le détruirait si la fréquence était abaissée. On peut expliquer cette innocuité par l'absence d'excitation, ou mieux encore, en admettant que ces courants exercent sur les cenltxîs nerveux et sur les muscles cette action particulière si remarquable étudiée par M. Brown-Séquard sous le nom d'inhibition. L'expérience démontre en elTet de la manière la plus frappante cette action inhibitoire des courants à haute ft^quençe, comme nous allons le voir : i** Les tissus traversés par ces courants deviennent rapidement moins excitables aux excitants ordinaires. Cette diminution se traduit même par une analgésie remarquable qui frappe les points par où le courant pénètre dans le corps. Celle analgésie persiste, suivant les cas et les sujets, de une à vingt minutes, a" Le système nerveux vasomoteur est fortement influence. Si l'on place par exemple un manomètre à mercure dans la carotide d'un chien, on voit la pression artérielle tomber de plusieurs cenlimètrcs sous l'influence de ce genre d'électrisalion. On peut constater le même phénomène chez l'homme à l'aide du. sphygmographe de Marey. Il y a donc inhibition manifeste du système nerveux vaso-moteur en dehors de toute sensftion consciente. Ce fait prouve que les courants à haute fréquence pénètrent profondément dans l'organisme, comme je l'aflirmais plus haut. 3" En continuant un temps assez long, on voit, chez l'homme, la peau se vasculariser et se couvrir de sueur, conséquence naturelle de l'action sur les vaso-moteurs. On arrive au même résultat en plaçant le sujet sur un tabouret isolant en communication avec une des piles de la bobine à haut potentiel {ilg. 2), le second pôle étant en communication avec une plaque métallique isolée supi)orlée à une certaine distance de la tête. Le sujet est soumis de la sorte à l'action d'un champ électrique oscillant. 4** En soumettant un animal entier à ces courants, soit directement, soit en le plongeant dans le solénoïde, on constate une augmentation dans l'intensité des combustions respiratoires. Le thermomètre montre qu'il n'y a pas élévation de la température centrale. L'excès de chaleur produit est perdu par rayonnement et évaporation, ainsi qu'on le constate (en plaçant l'animal dans un des calorimètres que j'ai décrits antérieurement dans un recueil, année 1890). 5° Pour étudier l'action de ces courants sur la cellule

ï4a ARCHIVES D'ÉLECTRICITÉ MÉDICALE,

vivante, j'ai employé la levure de bière, et, en collaboration avec M. Charrin^ le bacille pyocyanique. Ces dernières recherches feront l'objet d'un prochain mémoire, — Des recherches cliniques sont entreprises également de divers côtés, à mon instigation.

Les résultats que je viens de signaler brièvement, et ceux déjà obtenus en clinique me donnent le droit d'espérer que nous possédons dans ces diverses modalités de l'énergie électrique des ressources thérapeutiques considérables. Depuis longues années j'étudie l'action des agents physiques sur les phénomènes de la >ie, et j'espère que ces expériences serviront à démontrer objectivement que l'alliance de la physique et de la physiologie permet aujourd'hui de constituer, sous le nom de Physique biologique^ une science bien autonome.

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ÉTUDE CRITIQUE ET EXPÉRIMENTALE

DES GALVANOCA.UTÈRES ET DE L'ANSE ÉLECTROTHERMIQUE (■)

PAR

H. BOBDIER et H. CHEVALLIER

Préparateurs de physique à la Faculté de médecine et de pharmacie de Bordeaux.

— /.SHi^f/ —

Lorsqu'un fil métallique placé dans Tair ambiant est traversé par un courant électrique d'intensité donnée, il s'échauiTe de plus en plus et finit par atteindre un état d'équilibre thermique lorsque la quantité de chaleur développée par le passage du courant est égale à celle qui est dissipée par rayonnement; la température finale du fil peut élre calculée à l'aide de l'wiualion connue :

J désignant réquivaient mécanique de la chaleur,

s étant le pouvoir émissif du métal,

r le rayon du fil,

l sa longueur,

p la résistance spécifique du métal,

I rintensité du courant.

Il n'en est plus ainsi lorsque ce même fil est noyé dans les tissus : la perte de chaleur n'est plus causée ici par le rayonnement, mais par la conductibilité des tissus et des liquides complexes qui les imbibent.

Ces nombreuses causes de refroidissement font que, toutes choses égales d'ailleurs, un même fil s'échauffe beaucoup moins dans le dernier cas que dans le premier.

Lorsqu'on étudie l'anse électrothermique, c'est le dernier cas qui est

(') Voir ie n» 3, i5 mars 1893.

1^2 AnCHlVES D'ÉLECTIUCITÉ MÉDICALE.

constammenl réalisé; aussi méritait-il d'attirer notre attention puisque c'est l'action immédiate de la chaleur développée par le passage du courant qui produit le résultat cherché : la cautérisation.

Il nous parait intéressant de rappeler en quelques mots l'historique de la cautérisation.

La cautérisation est dite actuelle lorsqu'elle est due à un effet thermique quelconque; elle est dite potentielle lorsqu'elle est le résultat de la désorganisation des tissus par une action chimique.

La cautérisation produite par l'électricité peut être actuelle (galvanocaustique thermique) ou potentielle (galvanoc^ustique chimique); c'est la première qui se rapporte au sujet que nous étudions.

Les premiers essais de cautérisation furent faits au moyen du fer rouge. Au temps d'IIippocrate, le feu, sous ses diverses formes, régnait sans conteste : lorsqu'il échouait, le malade était déclaré incurahle. On connaît Taphorisme célèbre : Quœ medicamenta non sanant, ea ferrum sanat; qiiœ ferrum non sanat, ea ignis sanat; quœ vero ignis non sanat, ea insanahilia reputare oportet.

Cependant, à une certaine époque, la cautérisation par le fer rouge fut abandonnée; elle tomba dans une grande désuétude, et ne fut employée que par ceux qui s'occupaient du traitement des animaux. On lui avait exclusivement substitué la cautérisation par les agents chimiques (<).

Plus tard, une réaction se produisit en faveur de la cautérisation actuelle, et en 175^ l'Académie de chirurgie proposa comme sujet de prix la question suivante : « Le feu, ou cautère actuel. n*a-t-il pas été trop employé par les anciens et trop négligé par les modernes?»

Vers 1790, le débat était jugé dans le sens indiqué par l'Académie : il ne s'agissait plus que de déterminer les meilleurs procédés à mettre en usage. De nombreux travaux furent publiés dans le but de faire de la cautérisation par le feu une véritable méthode chirurgicale. Depuis les travaux des auteurs que nous avons cités au commencement do celte étude (s), on peut dire que la cautérisation par le galvanocautère et l'anse électrothermique occupe une des premières places parmi les moyens de produire la cautérisation actuelle.

Pour étudier la façon dont un fil métallique se comporte quand on le plonge dans les tissus, nous nous sommes servis de l'appareil représenté par la figure ci-après (Og. 3).

(') Dlclionna'we encyclopédique des Sciences médicales, (') Voir le n« 3, i5 mars 1893, p. 97.

DÈS GALVANOCAUTÈUES. l43

Le port^fil, constitué par deux cylindres creux en laiton, était, dans nos expériences, flxo à un manche ordinaire de galvanocaulère ; la traction de l'anse se faisait en agissant sur l'anneau où s'attachent les deux extrémités du (IL Le porte- fll était pincé solidement entre les mâchoires d'un support, par l'intermédiaire de dcu\ pièces do caoutchouc qui le maintenaient vertical.

En suspendant un poids h l'anneau, nous avons pu fj

rendre constante et facilement mesurable la traction exercée *

sur le fll.

Il nous a paru avantageux de placer à l'exlrémilé du portefil et entre les deux conducteurs creux qui le constituent une petite masse isolante (ébonite, fibre vulcanisée, ivoire). Si on ne prend pas cette précaution, il arrive constamment que la dernière portion du tissu à sectionner, pressée par l'anse, s'engage dans l'espace compris entre les doux con* ducteurs métalliques. Cette partie de tissu se dérobe ainsi à l'action du fil qui devrait la coujxîr, et le sectionnement est incomplet.

Le fil que nous avons employé i)Our ce genre d'expé- Fio. 3. riences est du fil de fer de o"'",4 de diamètre.

Sa résistance \i or est égale à 0^0086 pour i centimètre de longueur; à la température de tr, elle devient, pour cette môme longueur,

R, = 0,0086 (i 4- o,oo45i6 X 0-

Nous avons d'abord étudié l'cchaufTement de ce fll dans Tair; dans ce but, nous avons déterminé Tintensité nécessaire pour obtenir les différents états calorifiques du fil, puis sa fusion. Les résultats suivants sont la moyenne d'un grand nombre de déterminations :

INTENSITÉ ASPECT DU HL

5 •^- Rouge naissant.

5 5 Rouge sombre.

6 Rouge vif.

8 Fusion.

La traction du fil était obtenue au moyen d'un poids de i kilogramme suspendu à l'anneau de l'appareil. Ce poids diffère peu de celui qui exprime Teffort moyen exercé sur l'anse par le chirurgien qui veut sectionner une tumeur : il nous a été indiqué par un habile spécialiste, M. Moure, qui a bien voulu faire cette détermination devant nous par une expérience d blanc, L*effort de traction était mesuré par un dyna-

l44 ARCHIVES D> ÉLECTRICITÉ MÉDICALE.

momètre à ressort sur lequel ce praticien s'appliquait à exercer la même force que s'il s'était agi de l'anse électrothermique.

Pour opérer des sections de tissu à l'aide du fil traversé par le courant, nous avons pris de la viande de cheval. Nos recherches ont porté :

r Sur des parties musculaires sans aponévroses ni tendons;

a" Sur des parties plus tendres, du foie, par exemple.

Dans chaque cas nous avions découpé des parallélipipèdes dont la base avait approximativement pour dimensions ao millimètres sur 20 millimètres.

I. — Dans le tableau suivant qui se rapporte à du tissu musculaii-e, nous avons résumé les expériences en notant l'intensité du courant, maintenue constante à l'aide de notre rhéostat à fil de maillechort, et la durée du sectionnement : pour une même intensité, les expériences ayant été faites jdusieurs fois, la moyenne des nombres trouvés figure dans le tableau ci -dessous :