Воздействие на живые ткани магнитным полем увч – частота.

Магни́тное по́ле - силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля.

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Магнитотерапия.

Это сравнительно новое направление физиотерапии, основанное на воздействии переменного магнитного поля низкой частоты на весь организм или его часть. Ткани организма под влиянием магнитного поля не намагничиваются, однако многим составным элементам тканей (например, воде, форменным элементам крови) могут в магнитном поле передаваться магнитные свойства.

Магнитотерапия имеет широкий спектр действия и отсутствие противопоказаний. Это объясняются тем, что магнитотерапевтические методы действуют на организм на субмолекулярном, молекулярном и субклеточном уровнях. Очень чувствительна к магнитному полю сердечно-сосудистая система и при лечении заболеваний сердца улучшается коронарное кровообращение, снижается потребность миокарда в кислороде, повышается устойчивость организма к физической нагрузке. При воздействии на сосуды достигается их расширение, в крови понижается вязкость, снижается способность тромбоцитов образовывать тромбы в сосудах, улучшается местное кровообращение и доставка к тканям и органам кислорода. Таким образом, магнитные поля оказывают противовоспалительное, противоотечное, болеутоляющее действие.

Главная цель использования магнитотерапии - борьба с болью. Кроме того у пациентов облегчается боль от тяжелых травм или болей, связанными с артритом. Успешно применяется магнитотерапия для рассасывания гематом и снятия воспалений. Магнитотерапия является универсальным и безопасным средством, ускоряющим регенерирующие процессы в организме. Магнитотерапию хорошо переносят ослабленные больные и больных пожилого возраста.

21. Воздействие на живые ткани электромагнитным полем СВЧ-частот.

СВЧ - терапия - воздействие переменным электромагнитным полем сверхвысокой частоты (СВЧ) в диапазоне от 300 до 3000 МГц - обычно на фиксированных частотах 460 МГц, 915 МГц и 2450 МГц. Интенсивность излучения волн СВЧ-диапазона за счет теп­лового составля­ет всего 2 • 10¹³ Вт/м². Такие частоты называют также микроволновыми в дециметровом диапазоне или сокращённо ДМВ. Электромагнитное поле микроволнового диапазона частот проникает в ткани на глубину от 10 до 12 см. Действие УВЧ и СВЧ-радиоволн на ткани организма сопровождается их нагревом за счет теплоты, выделяемой при поляризации и протекании электрического тока.

С помощью приборов для измерения слабых электромагнитных полей этого диапазона частот, так называемых СВЧ-радиометров, можно измерить температуру в глубине тела человека.Волны из тела человека принимают посредством контактной антенны - апликатора. Главная трудность при анализе измерений глубинной темпе­ратуры по радиотепловому излучению на его поверхности со­стоит в том, что трудно локализовать глубину источника тем­пературы. Радиоволны СВЧ-диапазона поглощаются на расстоянии, которое составля­ет несколько см.

Средняя глубина, с которой измеряется температура, опре­деляется глубиной проникновения - она зависит от длины вол­ны и типа ткани. Чем больше в ткани воды (элект­ролита), тем с меньшей глубины можно измерить температуру. Оптимальными для измерения глубинной температуры яв­ляются радиометры с длиной волны в свободном пространстве λ = 20 - 40 см: у более коротковолновых устройств глубина проникновения снижается до нескольких миллиметров.

Механизмы изменения температуры в теле человека. Теп­ловой баланс каждого участка тела поддерживается за счет трех факторов: 1) генерации тепла вследствие метаболизма; 2) об­мена теплом с соседними участками тела из-за термодиффузии; 3) конвективного теплообмена посредством кровотока, то есть за счет притока и оттока тепла с кровью.

Применение СВЧ-радиометрии в медицине. Основными сфе­рами практического применения СВЧ-радиометрии в настоящее время представляются диагностика злокачественных опухолей различных органов: молочной железы, мозга, легких, метаста­зов, а также функционального состояния коры головного мозга. При этом используют так называемые функциональные пробы: воздействия, вызывающие известный отклик организма. В этом качестве применяется, например, глюкозная проба - пациент принимает несколько граммов раствора глюкозы, после чего начинают измерения внутренней температуры антеннами, уста­новленными в нескольких точках на поверхности тела около ис­следуемого органа.

Если есть злокачественные опухоли или ме­тастазы, то после глюкозной пробы видно увеличение глубинной температуры тела в этих областях. Возможный биофизический механизм повышения температу­ры связан с тем, что глюкоза активно усваивается клетками. Эффективность преобразования глюкозы в АТФ в раковых клет­ках значительно ниже, чем у здоровых. Поскольку коэффициент полезного действия этого процесса не превышает 50%, раковые клетки сильно разогреваются. Этот разогрев в силу физиологи­ческих механизмов индуцирует повышение температуры и близ­лежащих нормальных тканей. Суммарный подъем температу­ры регистрируется СВЧ-радиометром.

22.Воздействие ультрафиолетового излучения на организм человека. Понятие о фотобиомодификации. Низкоинтенсивный свет.

Ультрафиолетовое излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением. Диапазон условно делят на ближний (380—200 нм) и дальний, или вакуумный (200-10 нм) ультрафиолет.

Ультрафиолетовое излучение = 10 ^-6 - 10 ^-8

Длина волны= 380-10 нм

Энергия кванта= 3,3-120

Источники излучения= излучение атомов

Действие на вещество= Фотохимические реакции на поверхности кожи

Применение в медицине= Светолечение, УФ-терапия, синтез витамина Д, люминесцентные методы диагностики

Основным естественным источником излучения в УФ-диапазонах является Солнце. УФ-диапазон солнечного излучения проявляется в виде пигментации кожного покрова (загар). УФ-излучение короче 290 нм поглощается озоновым слоем около верхней границы атмосферы.

ИК, видимое и УФ-излучения могут вызывать фотобиологические процессы в биоструктурах. При действии дальнего УФ-излучения ε > 12 эВ может про­исходить образование свободных радикалов ароматических и серосодержащих белков и пиримидиновых оснований нуклеиновых кислот.

УФ-излучение проникает в ткани организма на глубину до 1 мм. Поглощение УФ-излучения связано с фотохимическими реакциями и может привести к появлению эритемы (покрас­нение и загар). Выделяют три зоны действия УФ на организм: А - антирахитная (400-315 нм) - идет синтез витамина Д; В - эритемная (315-280 нм) возникает эритема, ожоги; С - бак­терицидная (280-200 нм) - может вызывать канцерогенез, му­тации, бактерицидный эффект. Последний используется в опе­рационных и перевязочных отделениях клиник для дезинфек­ции помещений.

Начиная с энергии кванта, примерно равной 12 эВ (1 эВ = 1,6 • 10 ¹⁹ Дж), что соответствует дальнему УФ, и далее в диапазоне рентге­новского и тем более гамма-излучения, ЭМ волна ведет себя как поток частиц. С этой условной границы ЭМ-излучения могут ионизировать вещество, и поэтому, начиная с дальнего УФ, рентгеновское и гамма-излучения относят к ионизирую­щим.

УФ-излучение применяется при проведении процедур светолечения, искусственного загара и в люминесцентных ме­тодах диагностики.

Низкоинтенсивная лазерная терапия (ЛТ) - это метод лечения основанный на медицинском применении света низкой интенсивности, не вызывающего прогревания тканей более чем на 1 градус Цельсия, от лазерных источников оптического излучения. Существует ряд лазеров, работающих в ультрафиолетовой области. Лазер позволяет получать когерентное излучение высокой интенсивности. Ультрафиолетовые лазеры находят своё применение в мacc-спектрометрии, лазерной микродиссекции, биотехнологиях и других научных исследованиях. В качестве активной среды в ультрафиолетовых лазерах могут использоваться либо газы, конденсированные инертные газы, специальные кристаллы, либо свободные электроны, распространяющиеся в ондулятор.

Ультрафиолетовые лампы используются для стерилизации (обеззараживания) воды, воздуха и различных поверхностей во всех сферах жизнедеятельности человека.

 

Вопрос №23

Инфракрасное излучение или тепловое излучение – это вид распространения тепла и это можно сравнить с теплом от горячей печи, солнца или батареи центрального отопления. Более того, сейчас инфракрасное излучение нашло очень широкое распространение в медицине (инфракрасные бани, стоматология, хирургия…). ИК излучение играет важную роль в теплообмене. Эффект теплового воздействия на организм зависит: от плотности потока, длительности облучения, зоны воздействия, длины волны, которая определяет глубину проникновения излучения в тело человека. Чем выше температура тела, тем больше частота ИК-лучей. Когда человек сидит перед тепловым рефлектором, он нагревается и его тело излучает тепло, если бы человек, нагреваясь, не излучал, то он бы перегрелся и получил тепловой удар. Мы постоянно подвергаемся действию ИК-лучей, это любые нагревательные приборы в повседневной жизни и в этом случае наш организм сам контролирует ситуацию.

ИК-излучение
-Улучшает состояние мышц и суставов и тканей

-ИК-лучи улучшают подвижность суставов и соединительной ткани

-Улучшает кровоснабжение

-Оказывает противовоспалительное и обезболивающее действие

-Оказывает косметическое действие

-Психологическое действие.

Оптические квантовые генераторы (ОКГ, лазеры) - приборы, представляющие собой источник светового излучения совершенно нового типа. В отличие от луча любого известного источника света, несущего в себе электромагнитные волны различной длины, лазерный луч монохроматичен (электромагнитные волны строго одной длины), отличается высокой временной и пространственной когерентностью (все волны генерируются одновременно в одной фазе), узкой направленностью, что обусловливает точную фокусировку в малом объеме. Поэтому плотность мощности лазерного излучения в импульсе может быть огромна.
Биологическое действие лазеров обусловлено двумя основными критериями: 1) физической характеристикой лазера (длина волны излучения лазера, непрерывный или импульсный режим облучения, длительность импульса, скорость повторения импульсов, удельная мощность), 2) абсорбционной характеристикой тканей. Свойства самой биологической структуры (поглощающая, отражающая способность) влияют на эффекты биологического действия лазера.

Действие лазера многогранно - электрическое, фотохимическое; основное действие - тепловое. Наиболее опасны лазеры с большой энергией в импульсе.

Прямой световой монохроматический импульс вызывает в здоровой ткани локальный ожог - коагуляцию белков, местный некроз, резко отграниченный от смежной области, асептическое воспаление с последующим развитием соединительнотканного рубца. При интенсивном облучении - расстройства васкуляризации, кровоизлияния в паренхиматозных органах. При повторных облучениях патологический эффект возрастает. Наиболее чувствительны глаз (роговица и хрусталик фокусируют излучение на сетчатке) и кожа, в особенности пигментированная.

 

Вопрос 24
Свет имеет двойственную природу, с одной стороны это электромагнитная волна(ЭВМ), с другой – поток частиц – фотонов. В ЭВМ колеблются не частицы, а вектора напряженности электрического поля (Е) и индукции магнитного поля (В) в направлениях, перпендикулярно друг другу и по направлению распространения волны Х. Если вектор Е колеблется во всевозможных направлениях, этот свет естественный, если только в одном – поляризованный. Устройство, позволяющее получить поляризованный свет из естественного называется поляризатором (П). Анализатор (А) – тот же поляризатор, необходимый для анализа поляризации.
формула взята из желтой методички, но там опечатка: вместо «альфа» должна стоять «фи»

I(0) – интенсивность света при параллельном расположении осей поляризатора и анализатора. I – интенсивность света, прошедшего через систему П – А или П – П. Косинус фи – косинус угла между осями двух устройств. Некоторые растворы способны поворачивать плоскость колебания поляризованного света. Такие в-ва назвали оптически активными. К ним относятся сахара, аминокислоты и пр. угол поворота (фи) зависит от рода вещества (α), концентрации раствора (С), толщины кюветы(L)
Данное свойство используют для измерения концентраций биологически важных веществ в различных жидкостях. При этом необходимо использовать поляризованный свет. Оптически активные в-ва: лимфа, ликвор, печень и т.д.

Поляриметр.

 

Вопрос №25

Дифракция света на живых клетках

Дифpакцией называется огибание светом пpепятствий. Дифракция тесно связана с явлением интерференции. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.
Явление дифракции света объясняется идеей Френеля: каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, причем все вторичные источники когерентны (принцип Гюйгенса - Френеля).

На рис. изображена плоская световая волна, падающая на непрозрачный экран с отверстием. За экраном фронт результирующей волны (огибающая всех вторичных волн) искривляется, в результате чего свет отклоняется от первоначального направления и попадает в область геометрической тени.

Законы геометрической оптики выполняются достаточно точно лишь в том случае, если размеры препятствий на пути распространения света много больше длины световой волны:

Дифракция происходит в том случае, когда размеры препятствий соизмеримы с длиной волны: L ~ Л.

Дифракционная картина, полученная на экране, расположенном за различными преградами, представляет собой результат интерференции: чередование светлых и темных полос (для монохроматического света) и разноцветных полос (для белого света). Дифракционная решетка - оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Число штрихов у хороших дифракционных решеток доходит до нескольких тысяч на 1 мм.

Если ширина прозрачной щели (или отражающих полос) а, а ширина непрозрачных промежутков (или рассеивающих свет полос) b, то величина d = а + b называется периодом решетки.

 

Измерение размеров эритроцитов методом дифракции.
Для исследования биологических объектов наиболее часто используется дифракционный метод.
Одним из наиболее распространенных объектов дифрактометрического исследования являются красные клетки крови.
ход исследования:

Эридифрактометр предназначен для динамического контроля сдвиговой упругости живых эритроцитов (достаточно стандартной пробы крови из пальца) в гидродинамическом контуре, который моделирует круг кровообращения. Суспензию с концентрацией эритроцитов заливают в широкую буферную часть с открытой поверхностью. Через нее же можно вводить свет, добавлять и откачивать кислород, а также применять иные воздействия, например, тестировать реакцию на лекарственный препарат. Измерения проводятся в другой части контура, где луч зондирующего и весьма маломощного (менее 1 мВт) лазера пересекает тонкую оптическую кювету - плоский капилляр. Используется основное свойство дифракции Фраунгофера (в параллельных лучах). Световой пучок, пересекающий плоскость с N случайно расположенными малыми дисками одинакового диаметра, дает такую же систему концентрических колец, как и одиночный диск, только яркость изображения в N раз больше. По нему сразу можно определить диаметр диска. Если диаметры дисков немного различаются (что характерно для эритроцитов!), то кольца немного размываются, и с помощью фотометрирования можно определить распределение по размерам. Когда диски овальные, но в плоскости ориентированы одинаково, дифракционная картина состоит из системы овальных колец, развернутых на 90 градусов.

 

Вопрос №26

Тормозное рентгеновское излучение. Строение,принцип работы и характеристики рентгеновской трубки.

Тормозное рентгеновское излучение (рентгеновские лучи) с непрерывным энергетическим спектром - коротковолновое электромагнитное (фотонное) излучение. Диапазон частот, 3⋅10 в 16÷3⋅10 в 19 Гц, диапазон длин волн 10 в -8 ÷ 10 в -12, м. Образуется при уменьшении кинетической энергии (торможении, рассеянии) быстрых заряженных частиц, например, при торможении в кулоновском поле ускоренных электронов. Существенно для легких частиц электронов и позитронов. Спектр тормозного излучения непрерывен, максимальная энергия равна начальной энергии частицы. Обычный рентгеновский спектр состоит из непрерывного спектра (континуума) и характеристических линий (острые пики). Линии Кia и Кib возникают вследствие взаимодействий ускоренных электронов с электронами внутренней К-оболочки.

Рентгеновская трубка - электровакуумный прибор, предназначенный для генерации рентгеновского излучения.
Излучающий элемент представляет собой вакуумный сосуд с тремя электродами: катодом, накал катода и анодом.

Схематическое изображение рентгеновской трубки. X — рентгеновские лучи, K — катод, А — анод (иногда называемый антикатодом), С — теплоотвод, U_h —напряжение накала катода, U_a — ускоряющее напряжение, W_in — впуск водяного охлаждения, W_out — выпуск водяного охлаждения.

Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах вэлектронных оболочках атомов (характеристическое излучение). Оба эффекта используются в рентгеновских трубках. Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод (ранее называвшийся также антикатодом). В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом (при этом рентгеновские лучи не испускаются, так как ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом испускается рентгеновское излучение с характерным для материала анода спектром энергий (характеристическое излучение, частоты определяются законом Мозли: где Z — атомный номер элемента анода, A и B — константы для определённого значения главного квантового числа n электронной оболочки).