Лекция № 7 Тема: плазма в медицине

Впервые слово " плазма " было использовано физиологами в середине прошлого века и оно обозначало бесцветный жидкий компонент крови. Такой смысл оно имело до 1923 года, когда физики назвали плазмой особое состояние ионизованного газа. С тех пор стали различать два совершенно не похожих друг на друга смысла слова " плазма ".

Физическая плазма - это смесь заряженных частиц, в которой суммарный отрицательный заряд частиц численно равен суммарному положительному заряду, что является условием квазинейтральности плазмы. В сильноионизованной плазме содержатся в основном электроны и ионы. В слабоионизованной плазме, кроме электронов и ионов, находятся также возбужденные и нейтральные атомы и молекулы. Электроны, ионы, атомы и молекулы в плазме вообще говоря имеют различные температуры. В этом случае говорят о неизотермической плазме. Если же все указанные компоненты имеют одну и туже температуру, то плазма называется изотермической.

В настоящее время в медицинской практике используются плазменные хирургические установки, позволяющие осуществлять хирургическое вмешательство путем воздействия на биологическую ткань потоком плазмы, генерируемой миниатюрными плазмотронами. Диаметр струи около миллиметра, длина ее 3-20 миллиметров. Плазма легко рассекает мягкие ткани, одновременно заваривает стенки сосудов, идеально дезинфицирует операционное поле. Температура плазмы 5000-7000°С. Такие плазменные генераторы позволяют осуществлять только " жесткое " воздействие, разрушающее биологические ткани. Это делает невозможным их применение в терапии, для стимуляции биологических процессов в тканях, плазменной рефлексотерапии и т.д. Прогресс в развитии и использовании в медицине методов, основанных не концентрированном подводе энергии к биологическим тканям плазменных потоков будет во многом определяться решением задачи создания потоков холодной, низкотемпературной плазмы, позволяющей осуществлять неразрушающее воздействие на биологические ткани.

Тепловые эффекты в биотканях соответствуют следующим диапазонам температур.         Отсутствие необратимых изменений 37 - 43 °С         Разделение ткани (отёк) 45 - 48 °С         Сваривание ткани, денатурация белков 45 - 60 °С         Коагуляция, некроз, обезвоживание 60 - 100 °С         Испарение тканевой воды 100 °С         Пиролиз, выгорание 100 - 300 °С         Карбодизация твёрдых компонентов ткани > 200 °С         Испарение твёрдых компонентов ткани > 300 °С

В Петрозаводском государственном университете разработан ряд плазменных устройств, способных генерировать низкотемтературную плазму. Одним из таких устройств является микроплазмотрон, позволяющий получать плазму со среднемассовой температурой 40-80°С. Плазмообразующим вещество служит вода. Расход воды составляет 25-50 мл/ч. Питание микроплазмотрона осуществляется от сети 220 В. Потребляемая мощность 20 Вт. При диаметре генерируемого плазменного потока 3-5 мм, длине 5-8 мм плотность мощности потока составляет 0,4-0,8 Вт/см2.

Плазменный поток содержит электроны, ионы, возбужденные атомы и молекулы водорода, кислорода и воды. Плазма является интенсивным источником электромагнитного излучения в ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном, субмиллиметровом и миллиметровом диапазонах, что даёт возможность эффективно использовать её вместо традиционно применяемых в медицине источников электромагнитного излучения. Особый интерес представляет активный молекулярный синглетный кислород, присутствующий в плазме в значительной концентрации. Параметры плазмы позволяют осуществлять "мягкое", неприводящее к разрушению, воздействие на биологические ткани.

Корпускулярный поток излучения плазмы может поглащяться, отражаться, рассеиваться и переизлучаться биологической средой. Большое разнообразие процессов взаимодействия плазмы с молекулами (диссоциациия, электронное, колебательное и вращательное возбуждение) может оказывать, как селективное, так и тепловое воздействие на биомолекулы.

Перспективы использования низкотемпературной плазмы связаны с решением следующих задач:

- исследование влиния излучения плазмы и корпускулярного потока на различные клетки и их отдельные компоненты

 - изучение биохимических реакций в клетках и тканях под воздействием плазмы,

- выяснение возможностей использования плазмы для лечения различных патологических процессов,

- изучение влияния плазмы (электромагнитного излучения и корпускулярного потока) на интактные органы, ткани, системы организма животных и человека с целью выяснения возможных нежелательных последствий этих мероприятий

- раскрытие механизмов действия плазмы, ее физических свойств.

- Оптимизация режимов плазменного воздействия и выявление области параметров плазмы, в которых наблюдается высокий медикобиологический эффект.

- Исследования процессов в генераторах низкотемпературной плазмы, их основных характеристик и отработка методов управления плазменным потоком.

- Создание простых, удобных в эксплуатации, стабильно и длительно работающих генераторов плазменных потоков.

В работах сообщаются первые экспериментальные результаты, показывающие, что возможными областями использования низкотемпературной плазмы могут быть:

 - стерилизация медицинского инструмента и перевязочных средств

- бактерицидная обработка жидкостей

- обработка ран, профилактика и лечение раневой инфекции

- стимуляция биологических процессов

- плазменная рефлексотерапия