Электронные лекции (1051097), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Рис 3.2. Распределение мощности тепловыделения в мышечном слое различной толщины.

Рис. 3.3. Распределение для полубесконечного мышечного слоя, которому предшествует слой жира.

3
.3. Методы ВЧ терапии.

Тепловой эффект высокочастотных полей широко используется в качестве лечебного средства [1]. Различаются следующие методы высокочастотной терапии: диатермия; индуктотермия; УВЧ терапия; микроволновая терапия.

В таблице приведены характеристики методов ВЧ терапии.

Методы ВЧ терапии (таблица 1)

При диатермии применяются ЭМП частотой 0.5-2 МГц, а так как длина волны этих колебаний много больше межэлектродного расстояния, то объект облучения находится в зоне несформировавшейся волны. Биологический эффект определяется электрической составляющей ЭМП. Электроды имеют пластинчатую форму.

Если электроды имеют малую площадь, то под ними выделяется много тепла, и ткани коагулируют и разрушаются. На этом основана хирургическая диатермия — кондуктотермия. Для ее проведения один электрод делают протяженным, а другой — точечным. Им пользуются как скальпелем или коагулятором. Наиболее приемлемая частота для проведения кондуктотермии - 0.5 МГц.

При индуктотермии пациент также находится в зоне несформировавшейся волны. Индуктор имеет форму соленоида. Тепловой эффект в тканях определяется магнитной составляющей ЭМП, так как тепло выделяется за счет вихревых токов.

При УВЧ терапии пациент находится в зоне несформировавшейся волны, электроды имеют форму пластин. Метод широко используется для прогрева тканей.

При микроволновой терапии тепловой эффект создается преимущественно токами смещения, который возникает под действием СВЧ излучения. Пациент находится в зоне сформировавшейся волны, поэтому для оценки выделяемой в тканях энергии необходимо рассчитывать поток вектора Пойнтинга.

В последнее десятилетие российскими учеными достигнуты большие успехи в понимании механизмов действия миллиметровых КВЧ воздействий и их практическому применению. В частности показана особая роль ассоциированных водных кластеров в механизмах биологической активности белков при КВЧ воздействиях.

Так как в частотный диапазон СВЧ излучений попадает частота релаксации воды (вспомнить график альфа, бета, гамма -дисперсии), то именно водные среды организма поглощают энергию в наибольшей степени. СВЧ слабо взаимодействуют с кожей, жиром, костью, а в мышечных тканях и внутренних органах интенсивно поглощаются. Поэтому мышцы и внутренности претерпевают наибольшее нагревание при микроволновой терапии. Много тепла выделяется в жидкостях, заполняющих различные полости.

При нормировании СВЧ излучения в гигиенических целях наблюдается существенная разница в России и США. В США пороговая интенсивность излучения, вызывающего нагрев тканей, принята за ориентир для ограничения времени работы в поле (10мВт/см²). При меньших интенсивностях время работы не ограничено. В России пребывание в СВЧ поле начинает ограничиваться, начиная с интенсивности 10 мкВт/см², так как в работах российских ученых было показано, что нарушение функций организма под действием СВЧ поля происходит не только вследствие образования избыточного тепла в тканях.

Под действием СВЧ излучений может активироваться иммунная система. Экспериментально установлено, что при длинах волн порядка несколько миллиметров происходит стимуляция активности лейкоцитов и их выход из костного мозга. Механизмы подобных реакций активно изучаются. Кроме того, известны длины волн, на которых происходит угнетение лейкоцитарной активности.

4. Низкочастотные электромагнитные поля.

4.1. Электротравма.

Тело человека по отношению к низкочастотным электромагнитным полям (частота менее 10⁵ Гц) обладает свойствами проводника. Под действием внешнего поля в тканях возникает ток проводимости. Основными носителями электрических зарядов служат ионы. Длина волны на этих частотах многократно превышает размеры тела, поэтому весь организм подвержен действию таких полей. Однако действие на различные ткани различно, поскольку они отличаются как по электрофизическим свойствам, так и по чувствительности к току проводимости. Одной из самых чувствительных к току систем организма является нервная система.

Из курса биофизики мы знаем, что при превышении плотности тока через мембрану нервных клеток некоторой пороговой величины, в нервных стволах возникает потенциал действия. Пороговая плотность тока для наиболее возбудимых нейронов составляет прядка 10^-1 А/м². Такой плотности ток можно индуцировать внешним электрическим полем частотой 10-10³ Гц. при напряженностях поля более 10⁵ – 10⁶ В/м.

В тоже время, при плотном контакте проводник – тело через клеточную мембрану может протекать значительный ток, приводящий к формированию потенциала действия и возбуждению нервных и мышечных тканей. Пороговое значение тока проводимости, вызывающего возбуждение, зависит от частоты электромагнитного поля. С повышением частоты пороговая плотность тока возрастает. В диапазоне частот от 0.1 до 3 кГц. ,а на частотах от 5 до 100 кГц. . Приложением переменного тока с частотой выше 3 кГц. к коже человека практически не удается возбудить его нервы и мышцы. При непосредственном воздействии на нервы и мышцы этот частотный предел отодвигается к 200 кГц., но ткани на этих частотах возбуждаются только сильным током. Повышение I_п с ростом частоты внешнего ЭМП связано, прежде всего, с инерционностью ионных каналов. При частоте выше 10⁵ Гц их воротные процессы не приводятся в действие. Поэтому высокочастотные электромагнитные поля не способны возбудить ткани организма.

Возбуждение нервной и мышечной тканей под действием электромагнитного поля служит биофизическим механизмом электротравмы. Её причиной может быть как постоянный, так и переменный электрический ток. Особенно опасны такие нарушения в сердце, дыхательной мускулатуре, центральной нервной системе. Наибольшую опасность представляют частоты 30-300 Гц. Последствия электротравмы зависят от того, какая часть тела оказывается включенной в электрическую цепь. Очень опасно, если электрический ток течет через сердце. Зависимость характера электротравмы от тока промышленной частоты, прошедшего через определенную часть тела человека, иллюстрирует пример, в котором рассматривается типичный случай включения в электрическую цепь обеих верхних конечностей с органами грудной полости, расположенными между ними. При токе 0.01 А происходит лишь сокращение мышц обеих рук. Ток 0.02 А вызывает расстройства дыхания, связанные с тетаническими сокращениями дыхательных мышц. При токе около 0.08 А. наступают нарушения сердечной деятельности, особенно грозные при нарастании тока до 0.1-0.4 А. Они и служат, как правило, причиной гибели человека при электротравме.

Следует иметь в виду, что на низких частотах джоулево тепло, выделяемое в тканях, при плотностях тока применяемых при электростимуляции либо характерных для электротравмы, существенно меньше, чем уровень основного обмена. Следовательно, тепловыделение, связанное с нагревом не существенно. Другое дело если воздействие приводит к увеличению кровотока, интенсивности биоэнергетических процессов и пр., что в сою очередь приводит к увеличению температуры тканей. Но важно помнить, что это биологические механизмы приводят к повышению температуры, а не джоулево тепло. Кроме того, часто при контакте электродов с кожными покровами создаются местные ожоги (метки тока) связанные с локально большими плотностями тока.

4.2. Адекватные электромагнитные воздействия.

В процессе эволюции организм формировался как устойчивая метасистема представляющая собой совокупность связанных сенсорных и регуляторных систем. Причём, сенсо-регуляторные системы в процессе развития создали специфические, достаточно узкие по амплитудно-временным параметрам «окна чувствительности» к внешним воздействиям. Таким образом, если внешнее воздействие по характеру биологически действующего физического фактора и его параметрам попадает в указанный диапазон, то запускаются цепочки регуляторных биологических процессов, которые приводят к значимым для организма и объективно измеряемым физиологическим реакциям. Все иные воздействия не являются для систем организма биологически значимыми, и он от них стремиться отстроиться (не замечать) настолько, на сколько хватает адаптационных резервов. Когда резервы исчерпаны, возникает качественно иной характер реакции систем организма.

К примеру, человеческое ухо воспринимает биологически значимую информацию в довольно узком диапазоне частот 10 Гц. – 20 кГц. и диапазоне интенсивностей до 120-140 Дб.. При этом, ухо как орган, совместно с центральной и вегетативной нервной системой реализует цепочку связанных физических и биологических процессов (рецепция + передача информации по эфферентным нейронам в мозг + декодирование + принятие решения + кодирование в параметры импульсов афферентных нервных окончаний + двигательные и поведенческие акты и пр.) в конце которой находятся физиологически значимые процессы.

Если внешнее воздействие попадает во временную (частотную) область биологической чувствительности сенсорных систем, оно еще должно попасть и в область параметров амплитудной чувствительности. Только в этом случае сенсо-регуляторные системы воспринимают внешнее воздействие как «привычное» и реагируют на него как на собственные, биологически значимые сигналы. В противном случае воздействие не адекватно собственным сенсорным и регуляторным процессам, а значит, организм стремиться на него не реагировать до тех пор, пока хватает интенсивностей гомеостатических механизмов. Такие воздействия, которые по своим характеристикам соответствуют процессам рецепции, и регулирования организма будем в дальнейшем называть биоадекватными, или адекватными.

Характеристики

Список файлов лекций