§1 Фізика та медицина

Зв'язок фізики із сучасною медициною багатоплановий і багатогран­ний. Прагнення фізики допомогти медицині в її невтомних намаганнях подолати людські недуги було завжди благородним і безкорисливим. Відкриття, зроблені фізиками, завжди знаходили своє застосування в біології та медицині.

На рис. 1.1, а ви бачите простий за будовою, але добре інкрустований мікрос­коп відомого англійського фізика Роберта Гука (1635—1703). За допомогою цього приладу вчений з'ясував, що всі живі тканини складаються з окремих клітин, одна з яких зображена поряд із мікроскопом (рис. 1.1, б). Це видатне відкриття біологічної науки було зроблене... у фізиці. Згодом мікроскоп став настільним приладом біолога й лікаря. За його допомогою було доведено існування мікроор­ганізмів, виявлено збудників чуми, холери, тифу та інших інфекційних хвороб, що дало змогу розробити ефективні заходи щодо подолання епідемій.

У кінці XIX ст. було відкрито невидимі промені, які згодом отримали назву рентгенівських. Вони вільно проходили крізь скло, дерево й... кисть. На фото­графії, зробленій у рентгенівських променях, чітко видно будову кісток кисті, що вкриті шаром шкіри й м'якими тканинами (рис. 1.2). Лікарі отримали змогу візу­ально спостерігати кістки скелета й внутрішні органи людини в процесі лікуван­ня. Відкриття рентгенівських променів дало медицині принципово новий метод діагностики й лікування онкологічних хворих — рентгенівські промені руйнують злоякісні пухлини.

Серед різних методів лікування чільне місце посідають і такі, що ґрунтуються на застосуванні різних фізичних факторів. Для лікування хворих у сучасній меди­цині застосовують тепло й холод, постійний і змінний електричні струми, елект­ричне й магнітне поля, ультразвукові й електромагнітні коливання, електромагнітні хвилі тощо Переважна більшість сучасних медичних приладів та обладнання, що засто­совують для діагностики й лікування, конструктивно є фізичними приладами, принцип дії яких ґрунтується на законах фізики. Найпростіші з них — медичний термометр і манометри для вимірювання артеріального тиску.

Б іологічний та електронний мікроскопи, спектрофотометри, електрофотоколориметри, рентгенівські апарати й томографи, лазерні й ультразвукові установ­ки, кобальтова гармата й прискорювачі електронів — ось неповний перелік того, що застосовує сучасна медицина з арсеналу фізичної науки для діагностики за­хворювань і лікування хворих. Різноманітна за своїм призначенням медична апа­ратура, принцип дії якої ґрунтується на застосуванні властивостей електронів. Різноманітність і специфічність таких електронних приладів і установок зумови­ли появу медичної електроніки, яка безпосередньо пов'язана з фізикою.

а б

Рисунок 1.1 Рисунок 1.2

Фізіологічні процеси, що відбуваються в організмі людини, — чи не найск­ладніші в природі. Деякі з них за своєю суттю є фізичними процесами і з достат­ньою точністю описуються законами фізики. Рух крові в судинах відбувається згідно із законами гідродинаміки. З'ясувати механізм легеневого дихання, тепло­обмін людського організму з навколишнім середовищем, виникнення слухових та зорових відчуттів, біоелектричних явищ в організмі людини просто неможли­во, не спираючись на закони фізики.

Поки біологи та фізіологи упродовж XIX ст. за допомогою мікроскопа вив­чали клітинну будову живих тканин, шляхи біології й фізики перетиналися до­сить рідко. Сучасна біологія досліджує молекулярні процеси, що відбуваються в клітинах. Взаємозв'язки фізики й біології стають настільки постійними й міцни­ми, що на їх основі сформувалася самостійна наука — біофізика. Вона вивчає фізико-хімічні процеси в живих організмах, а також їхню субклітинну ( лат.sub) будову.

Отже, значення фізики для медицини зумовлюється трьома обставинами:

• фізика є теоретичною основою сучасної медичної техніки;

• фізика озброює медичних працівників знанням фізичних методів діагностики захворювань та лікування хворих;

• фізика створює потрібні передумови для правильного розуміння фізико-хімічних процесів, що відбуваються в біологічних системах.

Неможливо назвати таку галузь медицини, в якій не використовували б ті або інші закони фізики. Є багато медичних спеціальностей, які безпосередньо ґрун­туються на застосуванні фізичних явищ і закономірностей: радіологія, рентге­нологія, офтальмологія, фізіотерапія тощо.

Частина 1. Біомеханіка. Біоакустика. Біореологія. Гемодинаміка.

Розділ 1. Елементи біомеханіки