Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами (2006) (1095846), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Он соответствует работе лазера в режиме коротких импульсов. Зона поражения при облучении в таком режиме в экспериментах на животных оказалась гораздо больше зоны облучения, что заставило предположить наличие следующих процессов при импульсном воздействии: 1) внутреннее парообразование, быстрое вскипание тканевой воды; 2) локальное резкое объемное расширение, возникновение скачка давления и, возможно, образование ударных волн. Таким образом, при импульсном воздействии энергия из зоны облучения уносится, в основном, не тепловым, а механическими (звуковые и ударные волны) факторами. Это значит, что область взаимодействия должна испытать достаточно сильный перегрев относительно температуры кипения. Экспериментально измеренное значение температуры биоткани при импульсном воздействии составило б00 К.
Прежде всего следует подчеркнуть принципиальное отличие режима разрушения биоткани при г «т от термодиффузионного 1~ >> т). В этом случае вся тепловая энергия, получившаяся в результате преобразования энергии лазерного излучения, выделяется в зоне облучения, не успев распространиться в окружающие ткани.
Такой режим получил название фотоабляционного. Данное опе еление имеет в виду только фототермический механизм разрушения биотканей. Возможным фотохимическим действием (р е ( аспад гигантских молекул на фрагменты под действием лазерного излучения без передачи энергии биоструктуре в целом) пренебрегают. Справедливость этого допущения проверялась как экспериментально, так и теоретически. Отметим, что при использовании импульсного режима облучения возможно образование крупных частиц, представляющих особую опасность в виду возможной закупорки при внутрисосудистых вмешательствах.
Очевидно, что эта опасност ь тем выше, чем больше характерная глубина проникновения излучения в ткань. Отсюда следует, что в импульсном режиме диапазон наибольшей прозрачности биотканей (600... 1400 нм) наименее предпочтителен. Вше одной принципиально важной характеристикой фотоабляционного режима является частота повторения импульсов „Г*. Если она будет велика по сравнению с обратным временем тепло- потерь, то даже при малой длительности импульса ~ «т возможно «наложенне» теплового действия импульса на предыдуший и, следовательно, «включение» механизма теплопроводности, не работающего для отдельного импульса. Поэтому при разработке лазерных хирургических установок необходимо соблюдать условие, накладываемое на частоту повторения импульсов: 1 < т Упрошенная классификация медицинских применений лазеров приведена на рис.
4.3. Рис. 4.3. Классификация применения лазеров в медицине, основанная на видах взаимодействия лазерного излучения с бнотканямн Израильские ученые из Университета им. Бен Гуриона задались целью выяснить, можно ли концентрированным-ееяяечйым излучением заменить лазерное. Для этого они построили зеркальный коллектор, «уплотняюший» энергию света в 11-15 тыс. раз и передающий такой «концентрированный» свет по оптоволокну на заостренный кончик, используемый в качестве скальпеля.
Операциям успешно подверглись куриные тушки. Таким образом, широкополосное солнечное излучение при сосредоточении на малой площади может рассекать ткани, Однако при этом невозможно !90 ук азать компоненты тканей, ответственные за поглошенне этого излучения. Вдобавок «солнечная хирургия» может найти применение только в южных широтах в безоблачный день. Такую «солнечную хирургию» можно отнести скорее к разряду курьезов. 4.4. ПОНЯТИЕ О ДОЗИМЕТРИИ НЕИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ Напомним, что с системной точки зрения лечебное воздействие является либо деструктивным (хирургическое), либо управляющим (терапевтическое). Диагностическое воздействие можно рассматривать как информационное. Все виды воздействия призваны в итоге восстанавливать гомеостатическое состояние живой системы, максимально приближенное к норме.
Само по себе понятие нормы является нетривиальным, поскольку живая система сушествует в постоянном взаимодействии с окружающей средой. Тем не менее, установив выделенные пространственно-временные и информационные ограничения на внешние воздействия, можно говорить об условной гомеостатической норме. Определим дозу как обобщенную количественную меру воздействия на биообъект, вызывающую отклонения от нормы (см. Вводную часть). Такое определение дозы нуждается в конкретизации для того, чтобы его можно было рассматривать как рабочее для определенного вида взаимодействий.
В случае ионизируюших излучений (см. 1.2) конкретизация дозы связана с количественным определением степени нонизации окружающего биообъект воздуха. Кроме того, проникаюшая способность ионизирующих излучений в рентгеновском и у-диапазонах настолько велика, что в принципе количественный анализ энергетических характеристик излучения до взаимодействия с биообъектом и после не составляет затруднений. Поэтому переход от экспозиционной дозы (не связанной с биообъектом) к дозе, поглощенной биообъектом, прежде всего основан на анализе коэффициентов поглошения различных органов и тканей, Это, хотя и п едставляет определенные затруднения ввиду пространственной неоднородности биообъекта, позволяет определить поглоше ую пр дозу с приемлемой для практических рекомендаций точностью и воспронзводимостью, основываясь на многочисленных опытных данных.
Переход от поглощенной к эквивалентной (вызывающей определенные биологические эффекты) дозе более сложен, поскольку предполагает знание основных механизмов действия из- 191 лучения на биообъект. В радиобиологии наработаны методики оценки эквивалентной дозы (см. 1.2), однако, как и для поглощенной дозы, они основаны на опытных данных (составляются таблицы коэффициентов качества). Такой подход к дозиметрии оправдан, поскольку в области ионизирующих излучений механизмы действия излучения более просты, чем в области неионизируюших — первичные взаимодействия, достаточно хорошо определяемые энергией кванта, деструкция связей, вторичные физико-хнмические процессы, связанные с наличием большого количества свободных радикалов.
Но даже при учете всех этих обстоятельств эквивалентная доза не определяет однозначно реакции биообъекта на воздействие излучения, хотя количественные нормы ее нахождения установлены (см. гл. ! — 2). Применительно к неионизируюшим излучениям задача дозиметрии осложняется, поскольку даже на уровне первичных взаимодействий картина исключительно многообразна. Главное состоит в том, что, в отличие от ионизирующих излучений, биомолекулы могут не претерпевать необратимых превращений. Принято рассматривать дозу либо как энергию электромагнитного излучения оптического диапазона, падающую на единичную плошадку поверхности биообъекта (поверхностная доза), либо как энергию, накопленную в единице объема биообъекта (объемная доза) [67, 681.
Такой разнобой настораживает, поскольку количественная мера воздействия как ключевое понятие не должна иметь нескольких определений. Стремление систематизировать дозиметрические величины побуждает считать поверхностную дозу аналогом экспозиционной дозы ионизирующих излучений, а объемную — аналогом поглощенной дозы. Однако такие аналогии вряд ли можно считать состоятельными, поскольку для поверхностной дозы не может быть дано столь же однозначное определение, какое дается для экспозиционной. Именно заданное значение поверхностной плотности энергии в зависимости от коэффициента отражения даст большой разброс в значениях энергии, прошедшей в глубину биообъекта. Но это еше не все, поскольку вариация вкладов рассеяния и поглощения в коэфф®циент экстинкции внесет еще большую неопределенность в поглощенную дозу. В итоге аналогии как между экспозиционной и Поверхностной дозами, так и между поглощенной и объемной не выдерживают никакой критики.
Рассмотрим возможный подход к дозиметрии неионизируюших излучений. Считая биообъект черным ящиком, на который осуществляется внешнее воздействие, необходимо выделить от- 192 клик биообъекта на это воздействие. Если нет возможности отследить и количественно охарактеризовать отклик, то нет возможности и предсказать результаты взаимодействия, даже если известны все параметры падающего излучения. Но понятие отклика требует специального определения, учитывая сложность объекта и имея в вид системный характер взаимодействия.
Будем понимать под виду откликом совокупность всех результатов, которые можно в в той или иной степени связать с данным воздействием. Количественной мерой отклика является совокупность соотносимых параметров !67], допускающих измерение доступными средствами. Измеряя эти соотносимые параметры, можно предсказывать биологический эффект, даже не зная параметров самого биообъекта. Следовательно, основную задачу дозиметрии можно сформулировать следующим образом: построение функциональной зависимости между совокупностью параметров воздействия и соотносимыми параметрами отклика и использование этой функциональной зависимости для управления самим воздействием.
Заметим, что вторая часть поставленной задачи может быть решена только при уже известной функциональной зависимости между параметрами воздействия и соотносимыми параметрами отклика. Обычно эта зависимость в литературе именуется «доза- эффект» !68, 69), но если рассматривать ее в упрощенной трактовке, не учитывающей полноту набора параметров как воздействия, так и отклика, то неизбежны абсурдные выводы, которыми пестрит литература по практической медицине. Правильный прогноз отклика может быть сделан только в том случае, когда построение функции воздействие — отклик (ФВО) проведено корректно.
Так, в дозиметрии ионизирующих излучений это может быть проделано с допустимой степенью корректности. В оптическом диапазоне, где результаты воздействия выражаются большим и априори неизвестным количеством параметров, построение ФВО включает в себя всю совокупность эвристических элементов исследовательского характера. Роль спектра биологического действия в построении ФВО. Спектром биологического действия (СБД) называется зависимость относительной эффективности наблюдаемого биологического отклика от длины волны падающего излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
