Лечение электромагнитным полем

СОДЕРЖАНИЕ:

1. ВВЕДЕНИЕ.................................................................................

2. ОСНОВЫ ЛЕЧЕБНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ИЗЛУЧЕНИЙ............................................................................

2.1. Физическая характеристика электромагнитных полей.........................

2.2. Электрические и магнитные свойства тканей....................................

2.2.1. Электрические свойства живых тканей............................................

2.2.2. Магнитные свойства живых тканей................................................

2.3. Взаимодействие электромагнитных полей и излучений с организмом.......

3. ЛЕЧЕБНОЕ     ПРИМЕНЕНИЕ     ОПТИЧЕСКОГО     ИЗЛУЧЕНИЯ (ФОТОТЕРАПИЯ)...........................................................................

3.1.  Оптические свойства тканей организма............................................

3.2. Взаимодействие оптического излучения с биологическими тканями........

4. БИОФИЗИЧЕСКИЕ    ОСНОВЫ    ЛЕЧЕБНОГО    ПРИМЕНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ........................................................

4.1. Физическая характеристика механических факторов...........................

4.2. Механические свойства тканей организма........................................

4.3. Взаимодействие механических факторов с организмом........................

5. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА НА ОРГАНИЗМ..................................................................................

6. ОСНОВЫ ЛЕЧЕБНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ.....

6.1. Физическая характеристика термических факторов...........................

6.2. Теплофизические свойства тканей организма....................................

7. ЛИТЕРАТУРА

 

ВВЕДЕНИЕ

Каждая самостоятельная наука должна иметь собственные цели и задачи. Биофизика имеет следующие собственные цели: 1. Основываясь на законах и представлениях физики и химии, изучать элементарные процессы, протекающие в биоподимерах и надмолекулярных комплексах, лежащие в основе жизнедеятельности клеток и организмов; 2. Исследовать действие ряда физических и химических факторов на би(10бъекты. Объектами исследования в биофизике чащевсего служат биополимеры и другие биологически важные молекулы, субклеточные комплексы, ткани, органы. Однако ученые проводят исследования на организмах и биосферные исследования. При изучении биофизики лечебного воздействия физических факторов на биологический объект, необходимо учитывать его особенности, которые заключаются в том, что они имеют высокую структурную и функциональную гетерогенность, высокую интеграцию сотен биохимических реакций, опосредованность физиологических реакций, биологических процессов, жизненных функций, влияния физических и химических воздействий через биохимические превращения, необходимость поддержания постоянства ряда физико-химических показателей внутренней среды на определенном уровне (рН, температуры, солевого состава, ионной силы, газового состава и др.)

Лечебное действие любого физического фактора определяется сочетанием развивающихся под его действием эффектов. Вероятность их формирования и развития определяется:

• Специфическими свойствами физического фактора, в основе которых лежат особенности распределения его энергии во времени и пространстве;
• Физическими (электрическими, магнитными, механическими, теплофизическими и др.) свойствами тканей - «мишеней», определяющими поглощение энергии данного фактора;
• Наличием избирательной чувствительности организма к данному фактору, определяющие низкие пороги его сенсорного восприятия;
• Функциональными резервами адаптации и реактивности организма.

ОСНОВЫ ЛЕЧЕБНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ИЗЛУЧЕНИЙ

ФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

 

Электромагнитное поле (ЭМП) представляет собой форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрически заряженных частиц. В ЭМП выделяют две составляющие - электрическую и магнитную. Образуемые ими поля часто обозначают как электрическое (ЭП) и магнитное (МП). Первое из них формируется покоящимися заряженными телами, а второе движущимися зарядами, намагниченными телами и переменным электрическим полем. Важнейшей силовой характеристикой электрического поля является его напряженность Е, единицей измерения которой является В·м ^-1, а магнитного - магнитная индукция В, которая измеряется в теслах (Тл). Размерностью теслы является В·см ^-2.

Формирующиеся при неравномерном движении и взаимодействии зарядов в какой-либо области среды электромагнитные поля распространяются в пространстве   в   виде   электромагнитных  волн.   Вокруг  источника электромагнитных колебаний выделяют две зоны:  ближнюю (зону несформировавшейся волны) и дальнюю (зону сформировавшейся волны). Граница между ними проходит на расстоянии длины волны. В зависимости от формы источника на больного, расположенного в ближней зоне, будет воздействовать преимущественно электрическая или магнитная составляющие электромагнитного поля (электрическое или магнитное поле), а в дальней -электромагнитное излучение.

В природе и технике встречаются электромагнитные поля различных типов, совокупность которых образует спектр электромагнитных излучений. В с(10тветствии  с  Международным регламентом радиосвязи  (1976) и ГОСТ 24375-80 он разделен по длинам волн и частотному диапазону на различные области. В физиотерапии используют не все из них, а преимущественно электромагнитные поля радиоволнового и оптического диапазонов (табл.1).

Образовавшееся в процессе излучения электромагнитное доле уносит от системы зарядов (источника ЭМП) энергию, величина которой определяется вектором Пойнтинга П. Он характеризует направление переноса энергии от источника в конкретную точку пространства

 

П=ЕхН [Вт·м^-2],

где Н - вектор напряженности магнитного поля, связанный с вектором магнитной индукции В через магнитные проницаемости вакуума (μ_в) и среды (μ_в) с(10тношением: В = μ_в· μ·Н.

Количество электромагнитной энергии W, переносимой в единицу времени t через единицу поверхности площадью s, перпендикулярной направлению распространения излучения, характеризуется интенсивностью электромагнитного излучения (I) или плотностью потока энергии (ППЭ), которое численно равно Усредненному значению вектора Пойнтинга

/=П= W/st [Вт·м^-2]

При распространении электромагнитных волн в различных средах происходит их отражение, преломление, рассеяние, поглощение, дифракция и интерференция. Кроме того, в тканях организма снижается скорость распространения электромагнитных волн по сравнению с воздушной средой, а следовательно уменьшается и длина волны Д., которая в биологических тканях определяется преимущественно диэлектрическими свойствами составляющих их сред и определяется по формуле:

λ=c/fε^-1/2

где ε - диэлектрическая проницаемость биологических тканей, / -частота электромагнитных колебаний; с - скорость света в вакууме.

Спектр электромагнитного излучения, используемого вфизиотерапии

Вид излучения	Диапазон длин волн, м		Полоса частот, Гц
Радиоволновое
Крайне низкочастотное	105 - 107	3·30
Сверхнизкочастотное	107 -106	30·300
Инфранизкочастотное	10 - 105	300·3000
Очень низкочастотное	105 - 104	3·(103 - 104)
Низкочастотное	104- 103	3·(10 - 105)

 

Продолжение таблицы 1.

Среднечастотное	103 - 102	3·(105 - 106)
Высокочасготное	102 - 10	3·(10 - 107)
Очень высокочастотное	10 - 1	3·(107 -  108)
Сверхвысокочастотное*	10-1 - 10-2	3·(109 - 1010)
Крайне высокочастотное	10-2 10-3	3·(1010 - 1011)
Оптическое
Инфракрасное:
далекое	10-3 - 5·10-5	3·1011 - 6·1012
среднее	5·10-5 - 2.5-10-5	6·1012 - 1,2·1014
ближнее	2,5·106- 7,6-10-7	(1,2 - 3,95)·1014
Видимое:
красное	(7,6 - 6,2)·10-7	(3,95 - 4,8)·1014
оранжевое	(6,2 - 5,9)·10-7	(4,8 - 5,1)·1014
желтое	(5,9 - 5,8)·10-7	(5.1 - 5.2)·1014
зеленое	(5,8 - 5,1)·10-7	(5,2 - 5,9)·1014
голубое	(5,1 - 4,8)-10-7	(5,9 - 6,3)·1014
синее	(4,8 - 4.5)·10-7	(6,3 - б,7)·1014
фиолетовое	(4,5 - 4,0)·10-7	(6,7 - 7,5)·1014
Ультрафиолетовое:
длинноволновое	(4 - 3,2)·10-7	(7,5 - 9,4)·1014
средневолновое	(3,2 - 2,8)·10-7	(9,4 - 10,7)·1014
коротковолновое	(2,8 - 1,8)·10-7	(1,07 - 1,7)·1015

 

* В физиотерапии к СВЧ-колебаниям традиционно относят колебания в частотном диапазоне 300 МГц-3 ГГц (область дециметровых и сантиметровых волн).

Интенсивность высокочастотного электромагнитного излучения при его распространении в тканях экспоненциально убывает с расстоянием (закон Бугера). Расстояние, на котором силовая характеристика поля убывает в е (2,7 раз), а величина электромагнитной энергии уменьшается в е²- (приблизительно в 7,3 раз), называется глубиной проникновения (проникающей способностью) электромагнитного излучения в данную среду (рис. 1). Основной вклад в уменьшение интенсивности электромагнитного излучения вносит поглощение электромагнитной энергии в тканях.

 

Рис.1. Проникающая способность электромагнитного излучения. По оси абсцисс - расстояние x, по оси ординат - электромагнитная энергия, W; х_λ - глубина проникновения излучения

 

Значительная часть электромагнитной энергии накапливается в системах заряженных частиц или индуцирует их перемещение. Степень преобразования различными тканями организма энергии

электромагнитного поля в электрическую определяется их емкостным сопротивлением, а в магнитную - индуктивным. Индуктивное сопротивление при расчете импеданса живых тканей (полного сопротивления переменному току) не учитывают, и он имеет только две составляющих - активное сопротивление и реактивное (емкостное). По мере увеличения частоты воздействующего электромагнитного поля емкостное сопротивление и импеданс биологический тканей уменьшаются. В результате увеличивается сила тока, проходящего через различные органы и ткани.

 

 

 

 

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ТКАНЕЙ ОРГАНИЗМА

Электрические свойства живых тканей

 

Характер взаимодействия электромагнитных полей с различными тканями организма определяется их электрическими и магнитными свойствами. Параметрами этих свойств являются удельная электропроводность Л, характеризующая концентрацию и подвижность свободных заряженных частиц биологических тканей, а также их диэлектрическая (ε) и магнитная (μ) проницаемости. Они показывают степень уменьшения силовых характеристик электрического и магнитного полей в различных тканях по сравнению с вакуумом. На основе этих параметров можно рассчитать силовые характеристики электромагнитного поля в тканях и количественно оценить процессы, происходящие при взаимодействии ЭМП с биологическими тканями.

В состав различных тканей и сред организма входят ионы, пространственно ориентированные полярные и неполярные макромолекулы различных линейных размеров и диполи воды. Разные ткани содержат их в неодинаковой пропорции, поэтому каждая из них обладает различными диэлектрическими свойствами и электропроводностью.

Электропроводность живых тканей определяется концентрацией ионов и их подвижностью. В межклеточной жидкости с максимальным содержанием носителей тока - ионов удельная электропроводность достаточно высока и составляет 1 См·м^-1 (Сименс на метр). Напротив, в цитозоле, содержащем органеллы и крупные белковые макромолекулы, она понижается до 0,003 См·м^-1. Удельная электропроводность плазмолеммы и внутриклеточных мембран, составляющих до 50% массы клетки, еще ниже - (1 - 3)·10^-5 См·м^-1.

Из-за малого количества межклеточной жидкости и выраженной компартментализации последних (существенно ограничивающей подвижность содержащихся в них ионов), удельная электропроводность целых органов и тканей существенно меньше, чем составляющих их сред. Ее наибольшие величины (0,6 - 2,0 См·м^-1) имеют жидкие среды организма (кровь, лимфа, желчь, спинномозговая жидкость, моча), а также мышечная ткань (0,2 См·м^-1). Напротив, удельная электропроводность костной, жировой, нервной ткани, а в особенности грубоволокнистой соединительной ткани и зубной эмали значительно ниже - 10³·- 10⁶ См·м^-1.

Электропроводность кожи зависит от ее толщины, состояния дериватов и содержания воды. Толщина эпидермиса большинства участков тела составляет 0,07 - 0,12 мм, а на ладонных поверхностях кистей и подошвенных поверхностях стоп достигает 0,8 - 1,4 мм. Содержание воды в поверхностном слое составляет всего 10% от массы клеток, тогда как в нижележащих слоях достигает 70%. Площадь потовых и сальных желез, волосяных фолликулов на разных участках тела неодинакова и составляет 0,5% поверхности кожных покровов. С учетом этих особенностей удельная электропроводность отдельных участков кожи существенно различается и составляет 10^-3 - 10^-6 См·м^-1. Известно, что сухая кожа является плохим проводником электрического тока, тогда как влажная проводит его хорошо.

Диэлектрическая проницаемость  характеризует способность к пространственному смещению структур биологических тканей и образованию объемного дипольного момента (поляризации). Она обусловлена преимущественно связанными зарядами, полярными и неполярными макромолекулами различных линейных размеров и диполями воды. Диэлектрическая проницаемость различных биологических тканей составляет 10³ - 10⁶ отн. ед.

Приведенные величины удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости измерены для постоянного электрического поля. Между тем кардинальной особенностью организма человека является дисперсия электрических свойств его тканей, связанная с состоянием заряженных частиц при действии электромагнитных полей различной частоты (рис. 2).

На низких частотах (до 10³ Гц) клетки практически полностью экранируют электромагнитное поле, которое не проникает внутрь них и не вызывает перемещения внутриклеточных ионов. Увеличение удельной электропроводности тканей с нарастанием частоты (рис. 2А) обусловлено тем, что электромагнитные поля частотой Ю^Ю⁸ Гц воздействуют и на внутриклеточные  структуры,  что  определяет участие  в суммарной электропроводности тканей как ионов интерстиция, так и цитозоля (рис. 2А). На более высоких частотах микроструктуры цитозоля не успевают следовать за изменениями ЭМП и нарастание удельной электропроводности происходит здесь, вероятно, за счет ориентационных смещений молекул свободной воды, вклад которой в суммарную проводимость тканей экспериментально определить весьма сложно.