3.2.3. Теплова дія емп на бт

Тепловий ефект струмів провідності. Кількість виділе­ної теплоти при наявності струмів провідності визначається за законом Джоуля-Ленца:

Тепловий ефект можна оцінити за питомою кількістю теплоти, яка виділяється в одиниці об'єму за одиницю часу:

Враховуючи співвідношення:;отримуємо просту формулу, яку ще називають законом Джоуля-Ленца у диференційній формі:

(3.2)

З цієї формули випливає: а) чим більша густина струмів провідності у середовищі, тим ефективніше відбувається прогрівання тканин; б) при одній і тій самий густині струму j більше нагріваються тканини, що мають більший питомий опір р. Відповідно, нагріваються сильніше кістки, шкіра та інші поверхневі ділянки тканин і слабко нагріваються тка­нини внутрішнього середовища (кров, клітинна і позаклі­тинна рідини, м'язи тощо).

Тепловий ефект дії вихрових струмів можна оцінити за цією ж формулою (3.2), визначивши густину вихрових струмів з (3.1):

де - коефіцієнт, який залежить від геометричних розмірів ділянки й електродів.

Висновок: індукційні струми прогрівають середовища, які мають малий питомий опір, тобто ділянки, в яких вини­кають ці струми (кров, лімфа, м'язи тощо).

Тепловий ефект струмів зміщення. Скориставшись за­коном Джоуля у вигляді для випадку гармонічного закону зміни електричного поляотримаємо:

Отже, прогрів тканин струмами зміщення залежить від величини напруженості електричного поля, частоти його зміни і діелектричних властивостей середовища. Зокрема, для діелектрика, який знаходиться в однорідному полі кон­денсатора, величинавизначається за формулою:

(3.3)

де - кут діелектричних втрат, який характеризує різницю фаз коливань напруженості векторіві дипольного момен­ту- коефіцієнт пропорційності, який у загальному випадку залежить від частоти.

Струми зміщення викликають ефективний прогрів як тканин, котрі є діелектриками, так і тих, які мають добру електропровідність, чим і обумовлене широке використан­ня УВЧ-, НВЧ-методик прогріву біологічних тканин.

3.2.4. Специфічна дія емп на біологічні тканини

Дія ЕМП на біологічні тканини може викликати: 1. Зміну структури біологічно активних молекул (біл­ків, ліпідів, нуклеїнових кислот тощо) за рахунок:

а) виділеного тепла і нагріву тканин вище допустимої температури (наприклад, можлива денатурація білків);

б) резонансного поглинання енергії ЕМП (конформацій-ні зміни структури, виникнення вільних радикалів тощо);

в) поляризації (розрив водневих зв'язків, порушення гідрофобних і гідрофільних взаємодій).

Таблиця 3.1

2. Зміну мембранних процесів за рахунок:

а) зміни локальних концентрацій іонів (при об'ємній поляризації);

б) дії зовнішнього ЕП, напруженість якого зрівняна з напруженістю поля мембран, що є причиною порушення роботи іонних насосів, процесів електродифузії.

3. Зміну швидкостей хімічних реакцій (зміна кінетики ферментативних процесів), що в кінцевому результаті при­зводить до порушення процесів біоенергетики, мета­болізму, синтезу біологічно активних молекул та ін.

Виявом специфічної дії ЕМП на БТ є виникнення под­разнення, скорочення, секреції, болю, паралічу; можлива загибель внаслідок спотворень біологічно важливих проце­сів у клітинах і внутрішньоклітинних структурах під дією ЕМП.

На закінчення наведемо сумарні відомості щодо ме­дичних методик, в яких використовуються електричне, маг­нітне та електромагнітне поля (див. табл. 3.1).

Контрольні запитання та задачі

1. Назвіть основні характеристики електричного і магнітного полів та поясніть їх фізичну суть. Поясніть природу лікувального і вра­жаючого фактора при електротравмі або фізіотерапії.

2. Що таке поляризація, які види поляризації найбільш важливі при дії ЕМП на БТ? Яким чином виникають у тканинах струми про­відності, індукційні струми і струми зміщення, від чого залежить їх величина?

3. Чим обумовлене прогрівання БТ при дії ЕМП і від яких факторів (зовнішніх і внутрішніх) залежить кількість виділеної теплоти?

4. У діапазоні яких частот змінного струму (при незмінних інших характеристиках ЕМП) електротравма найбільш небезпечна для організму?

5. Чому резонансне поглинання енергії ЕМП проявляється в області УВЧ і НВЧ?

6. Поясніть особливості специфічної дії ЕМП на БТ.

7. При яких фізіотерапевтичних методиках спостерігається най­більш ефективний прогрів внутрішніх тканин, що мають: а) доб­ру електропровідність; б) незначну електропровідність, а також, які є діелектриками?

8. У скільки разів зміниться питома тепловіддача для мето­дик діатермії, індуктотермії і УВЧ-терапії відповідно, якщо час­тота коливань зросла вдвічі, питомий опір зменшився у п'ять разів, амплітуди векторів магнітної індукції і напруженості елек­тричного поля зменшились у два рази?