Лечение электромагнитным полем

^* - расчетные величины

Нелинейный характер зависимости деформаций от приложенного напряжения в диапазоне его малых и средних величин обусловлен наличием в составе большинства мягких тканей коллагеновых волокон (рис. 9). Они способны к значительным деформациям и имеют высокий модуль упругости - до 10¹⁰ Па. Другой структурный компонент - эластиновые волокна-значитеяьно растягиваются под действием приложенных напряжений и их деформации превышают 200%. Модуль упругости эластиновых волокон существенно ниже, чем у коллагеновых -10⁵ - 10 Па, и их деформации происходят по линейному закону.

Рис. 9. Зависимость внутреннего напряжения от времени при начальном растяжении вещества. По оси абсцисс - время t, мин; по оси ординат - внутреннее напряжение, σ_int Па

Особенности пространственного расположения коллагеновых и эластиновых волокон и определяют характер деформаций в мягких тканях. В тканях, содержащих оба типа соединительнотканных волокон, начальные линейные деформации обусловлены растяжением эластиновых нитей, а последующие нелинейные - коллагеновых.

Для некоторых мягких биологических тканей характерна слабая зависимость их упругих свойств от скорости деформации. Поэтому при напряжениях, возникающих под действием механических факторов, вязкими свойствами мягких тканей часто пренебрегают. Однако такое допущение оправдано далеко не всегда. У кожи, мышц и мягких тканей полых органов при фиксированных деформациях вследствие релаксации частиц вещества происходит уменьшение внутренних напряжений-проявляется текучесть среды (см. рис. 9). Такая релаксация напряжения наиболее характерна для мышечной ткани. Она не выражена у эластина и очень мала у коллагена.

Деформации кожи имеют выраженный нелинейный характер (рис.  
10 А). Они обусловлены растяжением коллагена, содержание которого в коже составляет 75%, тогда как эластин составляет всего 4% от ее сухой массы. Большинство коллагеновых нитей беспорядочно ориентировано в пространстве. Их деформации в физиологических условиях невелики (»10%) и возникают только под действием значительных механических напряжений. Сеть максимальных напряжений в коже пространственно совпадает с линиями Лангера.

Рис. 10. Диаграммы "напряжение-продольная деформация" для кожи (А) и скелетных мышц (Б). По оси абсцисс - Деформация ε, отн.ед, по оси ординат - внутреннее напряжение, σ_int, 10⁸ Пa(A), 10⁶ Па(Б).

 

Нелинейность возникающих деформаций также присуща скелетным мышцам (рис. 105). Кроме того для них характерна релаксация напряжения при растяжении. Активный характер мышечного сокращения существенно влияет и на их механические свойства. Так у расслабленных мышц модуль Юнга составляет порядка 10⁴ Па, а при сокращении он увеличивается в десятки раз.

Деформации, возникающие в воздухоносных путях и сосудах эластического типа, линейны. Упругость этих тканей определяется в основном эластиновыми волокнами, хотя в их составе присутствуют и коллагеновые волокна. Однако последние не имеют здесь внутреннего напряжения, так как уложены волнообразно и при физиологических нагрузках только распрямляются, но не растягиваются. Следовательно, упругие свойства воздухошюных путей и сосудов начинают проявляться только при значительных напряжениях, когда они сильно растягиваются. Содержащиеся в их составе пространственно упорядоченные коллагеновые волокна обусловливают высокую прочность сосудов и воздухоносных путей.

При деформации легкие ведут себя как пластическая среда, поглощающая значительную часть подводимой механической энергии. Содержание коллагена и эластина в легких составляет соответственно  
12 - 20 и 5 - 12% от их сухой массы. Предел текучести легочной паренхимы превышает 4·10³ Па. В мягких тканях паренхиматозных органов они образуют функционально целостную систему с клетками внутренних органов. По своим упругим свойствам они похожи на гидрофильный гель, основными упругими компонентами которого являются гликозоаминогликаны (мукополисахариды) и цитозоль.

Большинство биологических жидкостей является суспензиями и обладает исключительно вязкими свойствами. Для всех них характерна нелинейная зависимость деформаций от напряжений. Нелинейный характер их вязкостных свойств обусловлен влиянием дисперсной фазы на вязкость суспензий. Величина вязкости крови зависит от свойств форменных элементов и диаметра кровеносных сосудов. Среди форменных элементов 93% составляют эритроциты» механическими свойствами которых и определяется вязкость крови. Кроме того, с уменьшением радиуса сосудов в них формируется пристеночный слой, где вязкость существенно меньше, чем в центре сосуда. Поэтому с уменьшением радиуса капилляров вязкость крови падает (эффект Фсреуса-Линдквиста}. Характерно, что составляющие кровь элементы обладают значительными упругими свойствами. Так, модуль упругости белковых глобул составляет (2-9)-10 Па, а мембран эритроцитов человека -10⁷ Па.

Итак, анизотропия и неоднородность большинства биологических тканей существенно затрудняют возможность представления в аналитической форме параметров механических свойств тканей организма. Вместе с тем в диапазоне физиологических деформаций их зависимость от приложенных напряжений квазилинейна, что позволяет удовлетворительно пользоваться ими при изучении реакций организма на механические лечебные факторы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ  
С ОРГАНИЗМОМ

 

Распространение вызванных механическими факторами вола в тканях организма вызывает 2 вида внутренних напряжений: упругие (обратимые) и диссипативные (необратимые). Последние возникают в случае, когда продолжительность восстановления первичной структуры ткани существенно меньше периода механических колебаний. Диссипативные напряжения обусловливают необратимое превращение механической энергии в теплоту - поглощение звука. Оно вызывает уменьшение интенсивности механических волн по мере их распространения. Расстояние, на котором интенсивность волны уменьшается в е² (приблизительно в 7,3 раз), называют глубиной проникновения звука. Поглощение акустических колебаний связано с частотой квадратической зависимостью. Оно максимально для ультразвука и составляет для различных тканей 7 - 8 см на частоте 44 кГц, 4 - 5 см - на частоте 880 кГц и 1-3 см на частоте 2640 кГц.

Рис. 11. Затухание механических колебаний в мягких тканях человека. По оси абсцисс -направление распространения колебаний от кожи, х, мм; по оси ординат - механическая энергия, W, % от начальной. Wn- поглощенная энергия. А - кожа; Б - подкожная жировая  
клетчатка; В - мышечная ткань; Г - легочная паренхима

 

Возникающие при поглощении механической энергии деформации микроструктур тканей также распространяются с затуханием. В связи с этим интенсивность механических колебаний при их распространении вглубь тела человека экспоненциально уменьшается (рис. 11)

Возникающие при поглощении механической энергии деформации микроструктур тканей также распространяются с затуханием. В связи с этим интенсивность механических колебаний при их распространении вглубь тела человека экспоненциально уменьшается (рис. 11).

Поглощение механических колебаний низкой частоты в большей степени определяется неоднородностью механических свойств мышц и внутренних органов человека, чем различием линейных размеров составляющих их микроструктур. Анизотропия и нелинейность механических свойств мягких тканей определяет неодинаковую степень поглощения энергии механических колебаний. Напротив, на высоких частотах линейные размеры неоднородностей биологических тканей, составляющие порядок 10^-6 м, сопоставимы с длинами волн распространяющихся колебаний. Это приводит к существенному затуханию  распространяющихся  упругих  колебаний   вследствие  их значительного поглощения» рассеяния и отражения частицами среды. Среди них вклад поглощения наибольший.

 

Рис. 12. Частотно-пороговые кривые чувствительности телец Мейснера (

) и телец Пачини ( ). По оси абсцисс - частота механических стимулов, f Гц; по оси ординат - колебательное  
смещение, ξ, 10^-6 м

 

На низких частотах, где длина волны сопоставима с размерами тела» акустические колебания распространяются в организме в виде поперечных волн. С учетом активных свойств некоторых биологических тканей механические факторы с амплитудой колебательного смещения выше 10^-6 м являются физиологическими раздражителями и  могут восприниматься структурами, обладающими высокой чувствительностью  к данному фактору -- механорецепторами. Сенсорное восприятие вибрации осуществляют инкапсулированные нервные окончания кожи - клубочкообразные тельца Мейснера и тельца  Пачнни. Частотный диапазон вибрационной чувствительности первых из них, расположенных под базальной мембраной кожи, составляет 2-40 Гц, а пороговое виброперемещение - 35-100 мкм. Виброчувствительность находящихся в дерме телец Пачнни на порядок выше (пороговые виброперемещения 1-10 мкм), а частотный диапазон восприятия вибрации составляет 40-250 Гц (рис. 12).

Являясь своеобразными усилителями, механорецепторы формируют к(10перативные процессы, обеспечивающие реакции, энергетический выход которых многократно превосходит энергию действующего лечебного механического фактора. Он является адекватным раздражителем для разн(10бразных механорецепторов, афферентных потоки с которых формируют генерализованные реакции человека. Лечебные эффекты таких факторов на низких частотах определяются  параметрами механических свойств биологических тканей и частотными зависимостями чувствительности механорецепторов.

На высоких частотах, когда длины волн значительно меньше линейных размеров тела человека, проявляется преимущественно локальное компрессионное действие механических факторов в виде сжатия и растяжения тканей, и в теле распространяются продольные упругие волны. Их значительное поглощение вызывает образование тепла в облучаемых тканях, которое наиболее выражено в поле ультразвуковых волн.

Из-за неоднородности тканей организма вероятность проявления тепловых и нетепловых (специфических) эффектов ультразвука различна. В жидких низкомолекулярных средах энергия вызванных им колебательных и вращательных движений биомолекул не приводит к специфическим взаимодействиям и быстро превращается в тепло (тепловой эффект). Так, например, силы взаимодействия, возникающие вследствие переизлучения механических колебаний между соседними касающимися эритроцитами в плазме крови, составляют на частоте 1 МГц порядок 10^-13 Н.

Напротив, в мягких высокомолекулярных тканях могут проявляться нетепловые специфические эффекты. Это подтверждает сравнительный анализ колебательных скоростей молекул при механических и тепловых колебаниях. Так, например, скорость молекул воды в ультразвуковом поле при интенсивности 1 Вт·см^-2 составляет 0,117 м·с^-1-. Напротив, средняя скорость тепловых колебаний воды при t=37° С для воды равна 380 м'с'¹, а для молекул ДНК с молекулярной массой 10⁷ - 0,5 м·с^-1. Следовательно, нетепловые (специфические) эффекты могут возникать только в высокомолекулярных сложноорганизованных биологических тканях. Среди них необходимо отметить различные физико-химические превращения микропотоков колеблющихся частиц, определяющих характер межмолекулярных взаимодействий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА НА ОРГАНИЗМ

При пребывании организма в условиях повышенного или пониженного атмосферного давления на организм человека помимо гидростатического давления» действуют присутствующие в смеси газы» имеющие различную плотность и парциальное давление. В связи с малой разностью давлений на различных участках тела газовые смеси вызывают незначительное раздражение механорецепторов кожи и связанные с ними ответы. В связи с этим основные реакции организма обусловлены вдыханием создаваемых газовых смесей. В альвеолах легких происходит обмен кислородом, диоксидом углерода и азотом между внешней средой и организмом. Среди этих газов наибольшее значение для жизнедеятельности организма имеют кислород, диоксид углерода и азот. Постоянство состава альвеолярного воздуха обеспечивается альвеолярной вентиляцией, в результате которой легочные альвеолы обмениваются газами с атмосферой.

 

Рис. 13. Зависимость парциального давления кислорода в альвеолах легких от атмосферного давления. По оси абсцисс - атмосферное давление, Р, гПа; по оси ординат парциальное давление p

 

Газообмен между газовой смесью альвеол и кровью легочных капилляров на альвеолокапиллярной мембране происходит под действием концентрационного градиента каждого из газов путем диффузии. Кислород и диоксид углерода диффундируют растворенными в фосфолипидах сурфактантной системы. Различия в парциальных давлениях O₂ и СO₂ в альвеолярной газовой смеси и напряжений этих газов в венозной крови легочных капилляров (табл. 4) при фиксированной толщине аэрогематического барьера (5 мкм) и площади поверхности альвеол (70-80 м²) обусловливают массоперенос кислорода в кровь, а диоксида углерода в альвеолы. При этом, несмотря на неодинаковый перепад концентраций кислорода (ΔрО₂ = 9,3 кПа) и диоксида углерода (ΔрСО₂ = 0,8 кПа), высокая проницаемость последнего обусловливает одинаковый массоперенос обоих газов. Изменяющаяся вместе с давлением плотность различных газов (рис. 81) по воздухоносным путям имеет решающее значение в конвекции и изменении характера внешнего дыхания организма. При увеличении плотности газовой смеси дыхание становится редким и глубоким.

 

Табл. 4.

Газовый состав дыхательной среды и крови легочных капилляров

Среда	Кислород, рO2, кПа	Диоксид углерода,   рСO2. кПа
Альвеолярный воздух Кровь легочных капилляров	13,7 4,9	5,3 6,1