Вопрос 35. Механизм действия постоянного магнитного поля на организм. Механизм термического и атермического действия полей свч на организм.

В основе биофизического механизма действия постоянного маг­нитного поля лежит его действие на воду, которая в большом количе­стве находится в тканях. Вода диамагнитная. Она не имеет собствен­ного магнитного момента и приобретает его под действием магнитно­го поля. В жидкой воде есть структуры, сходные со структурой льда - кластеры. Время жизни кластера 10^-11-10^-12 сек. Они то возникают, то исчезают.

В обычной жидкой воде одновременно существует плотно упако­ванная и квазикристаллическая вода. При помещении воды в посто­янное магнитное поле происходит сдвиг в сторону образования квазикристаллической воды. Это уменьшает растворимость веществ, из­меняет проницаемость клеточных мембран, конформацию белков.

Термическое действие полей СВЧ на организм человека связано с релаксацией молекул и током проводимости.

Ощущение тепла (тепловой порог) возникает при интенсивности поля СВЧ порядка 10 мВт/см². Болевой порог возникает при интенсивности 0,6-0,8 Вт/см² .

Атермическое действие поля СВЧ: при определенных частотах разрушаются водородные связи, изменяется ориентация ДНК и РНК. Оно проявляется при интенсивностях ниже теплового порога.

Пример: кролика поместили в СВЧ-поле мощностью 7-8 мВт/см² на 5 минут. У него появились судороги, и он погиб. Это связано с термическим действием - инактивацией ферментов. В связи с этим СВЧ-терапия проводится по строгим показаниям. При этом не­обходимо использовать специальные защитные очки, т.к. возможно помутнение хрусталика.

Литература: Ремизов А.Н., Медбиофизика,-1987, с.351-352; Владимиров Ю.А., Биофизика,-1983, с.72-75; Лекции.

Вопрос 36. Использование электромагнитных полей в физиотерапии (увч-терапия, диатермия, дарсонвализация). Меха­низм действия на организм.

Постоянный ток I = 0,1 А и переменный ток низкой частоты уже смертельны для человека.

Токи высокой частоты до 2-3 А можно пропускать через человека. Они оказывают только тепловое действие.

Дарсонвализация - метод лечения с использованием переменного тока частотой 100 - 400 КГц. При этом используется напряжение 1000-10000 В и токи особой формы силой несколько миллиампер. Действующим фактором при этом являются: импульсный высокочастот­ный ток и электрический разряд. Такие токи вызывают функциональные изменения в центральной нервной системе. Они благоприят­но влияют на плохо заживающие раны и язвы, устраняют боли в сердце, головные боли. При этом наблюдается понижение кровяного давления.

Тепловой эффект высокочастотных полей используется в качестве лечебного средства. Среди методов высокочастотной электротерапии различают диатермию, УВЧ-терапию и микроволновую терапию.

При диатермии применяют ЭМП частотой 0,5 - 2,0 МГц. Биоло­гический эффект определяется электрической составляющей ЭМП, так как электроды имеют пластинчатую форму и накладываются че­рез прокладки, смоченные физиологическим раствором, непосредст­венно на кожу человека. Количество теплоты, выделяющееся при этом в облучаемой ткани, можно вычислить по формуле: Q = J ²  , где

J - плотность электрического тока;  - удельное сопротивление ткани. Метод диатермии в настоящее время в чистом виде не применяется, так как при плохом контакте электродов с телом пациента есть воз­можность получения сильных ожогов. Поэтому в клинике распро­странены частные методики диатермии: диатермокоагуляция и диатермотомия.

Диатермотомия - рассечение тканей с применением токов высо­кой частоты. При этом наступает полная анестезия, гемостаз, стерили­зация и уничтожение опухолевых клеток.

Диатермокоагуляция - прижигание током высокой частоты. Применяется при операциях для «прижигания» кровеносных сосудов.

Метод индуктотермии основан на применении ЭМП частотой 10 - 15 МГц. Пациент при этом находится в зоне несформировавшейся волны, электрод имеет форму катушки, и биологический эффект (гипертермия) определяется магнит­ной составляющей ЭМП. Под действием магнитного поля в тканях возникают вихревые токи, нагревающие объект облучения. Выде­ляющееся в нем тепло определяется по формуле: Q = k   ²/  В ², где  - циклическая частота,  - удельное сопротивление ткани, В - ин­дукция магнитного поля, k - коэффициент пропорциональности.

Для УВЧ-терапии применяют ЭМП частотой 40-50 МГц. Как и в предыдущих методах, пациент находится в зоне несформировав­шейся волны. Поскольку электроды имеют форму пластин и изоли­рованы от тела человека, биологическое действие обусловлено элек­трической составляющей ЭМП, причем тепло образуется под действием тока проводимости: Q = k  Е ²/, где Е - напряженность элек­трического поля; и тока смещения:

Q =   ₀    Е ² tg, где  - угол диэлектрических потерь. Тем не менее при УВЧ-терапии вклад тока смещения в тепловой эффект значительно преобладает над вкла­дом в него тока проводимости.

В электрическом поле УВЧ диполи стремятся следовать за измене­нием направления электрического поля и совершают колебания с час­тотой колебаний поля. Между отдельными диполями диэлектрика действуют силы взаимного притяжения. Для преодоления этих сил внешнее поле совершает работу, следствием чего является нагревание диэлектрика.

В отличие от диэлектриков в растворах электролитов имеются сво­бодные электрические заряды - ионы. В поле УВЧ ионы придут в ко­лебание с частотой, равной частоте поля. За счет энергии электриче­ского поля произойдет нагревание раствора.

При микроволновой терапии тепловой эффект создается только током смещения, который возникает в организме человека под дейст­вием СВЧ-излучений. Для физиотерапевтических процедур обычно пользуются волнами длиной 12,7 см. Они действуют на человека в зоне сформировавшейся волны. Поэтому тепловой эффект определя­ется плотностью потока электромагнитной волны П: Q =k      П ².

Поскольку в частотный диапазон СВЧ излучений попадает харак­теристическая частота релаксации воды, то именно водные среды ор­ганизма поглощают энергию СВЧ полей в наибольшей степени.

Наиболее характерной особенностью специфического действия ЭМП на организм состоит в том, что биологические системы реаги­руют на излучение крайне низкой интенсивности, недостаточной для нагревания и возбуждения, но такие реакции возникают не во всем диапазоне, а на отдельных частотах. Этот эффект, проявляющийся в восприятии биосистемами слабых электромагнитных излучений, ис­следован недостаточно. Его происхождение связано, видимо, с тем, что в процессе эволюции биологических систем ЭМП определённых частот выполняли по отношению к ним миссию носителя информа­ции об окружающей среде. Литература: Ремизов А.Н.,Медбиофизика,-1987,с.342-351.Лекции. Методические указания (выпуск 4).