Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Взаимодействие полей и излучений с биологическими объектами. Учебное пособие
.pdf
Биоотклик проявляется лишь до тех пор, пока нормальное функцио-
нирование организма не будет восстановлено. После этого облучение не
вызывает каких-либо изменений его функционирования. Таким образом,
КВЧ-излучение способствует восстановлению временно утраченных функций и не влияет на работу здорового организма. Вследствие изложенного
Г.П.Раевский [9] предполагает, что воздействие носит информационный характер, причем первичное действие КВЧ-излучения проявляется на клеточном уровне и связано с биоэлементами, общими для различных организмов
(элементы клеточных мембран, молекулы белков – ферментов и др.), для
которых характерны собственные частоты колебаний в диапазоне 0,5-5 ГГц.
Нормальное функционирование такой сложной системы, как живой
организм, невозможно без оперативной передачи информации. При значительных функциональных отклонениях в восстановлении гомеостаза принимают участие различные органы и системы, а координация их деятельности осуществляется через каналы центральной нервной системы. Между
тем для устранения патологии локального характера может оказаться
вполне достаточным взаимодействие относительно небольшого числа близлежащих клеток. В обоих случаях, по-видимому, первый этап восстановления связан с информационным взаимодействием между клетками.
Образующиеся на больной клетке белковые подструктуры, искажающие нормальный потенциал биологических мембран, могут формировать
поток излучения на значительные расстояния при относительно малых затуханиях. Возможно, именно с этим связано взаимное влияние живых организмов.
КВЧ-воздействие оказывается эффективным, если по частоте совпадает с колебаниями собственного спектра клетки. Связанное с этим ускорение процесса формирования белковых подструктур сопровождается интенсификацией процессов на биохимическом уровне – воспроизводством клеткой белков необходимого типа, регулированием ионного транспорта через
мембрану и др.
131
Хотя вопрос о механизме КВЧ-воздействия пока остается дискусси-
онным, разработанные на основе этого явления клинические методики и
аппаратура успешно применяются в медицинской практике при лечении
широкого круга заболеваний, в частности в гастроэнтерологии, кардиологии, онкологии, хирургии и др. Лечение таких заболеваний, как язвенная
болезнь желудка и 12-перстной кишки, считают методически и аппаратурно
обеспеченным.
Однако стимуляция КВЧ-излучением защитных функций организма
целесообразна, если организм в силах самостоятельно справиться с болезнью. Когда же энергетические резервы исчерпаны, активизация защитных
процессов может привести к его истощению и даже гибели. В частности,
это касается поздних стадий онкологических заболеваний, когда необратимыми изменениями оказываются охвачены значительные области организма. При этом КВЧ-воздействие может привести к ослаблению организма и
усугублению его состояния.
Радикальные средства (хирургия, ионизирующие излучения, химиотерапия) сами по себе ослабляют организм, отнимают силы для борьбы с
заболеванием. Их применение нередко сопровождается нежелательными
побочными явлениями, например отравлением продуктами распада. Побочное действие вводимых препаратов может быть существенно снижено или
полностью исключено, если их использовать совместно с КВЧ-облучением.
Кроме того, облучение способствует подавлению процессов метастазирования.
При необратимых нарушениях широко применяется пересадка тканей, в частности костного мозга. И в этом случае КВЧ-воздействие оказывается весьма полезным. Поскольку его действие проявляется на клеточном
уровне, оно может использоваться для активации вносимых в организм донорских тканей. Активация имплантата проводится предварительно перед
пересадкой в больной организм. Так, активация костного мозга на длине
волны 7,1 мм перед пересадкой его мышам, получившим летальную дозу
гамма-излучения, позволила сохранить их нормальное функционирование в
132
течение всего жизненного цикла, в то время как период жизни животных с
неактивированным КВЧ-излучением пересаженным костным мозгом сократился в 10-15 раз. Установлено, что использование средств анестезии резко
снижает эффективность КВЧ-воздействия.
Задачей КВЧ-диагностики является определение частоты генерации,
соответствующей патологическим изменениям в клетках больного организма. В настоящее время непосредственное определение такой частоты фактически невозможно, ибо требует разработки сверхчувствительных КВЧприемников, способных зафиксировать излучение клеток.
К косвенным методам определения частоты генерации клеток относится сенсорный (по ощущениям пациента). В основе другого метода лежит
индикация изменения потенциалов или проводимостей биологически активных точек, отвечающих определенному органу или системе органов пациента. Наиболее стабильные и объективные результаты дает КВЧ-анализ
гуморальных агентов. Частота генерации патологических клеток фиксируется по резкому изменению их параметров, например вязкости крови.
Случаи аллергии к КВЧ-воздействию не отмечены. Следует особо
подчеркнуть возможность формирования повышенной сопротивляемости
(резистивности) в целом здорового организма к неблагоприятным, например химическим и ионизационным, воздействиям, не характерным для него
в обычных условиях.
5.2. Оптические свойства живых тканей
Инфракрасное излучение (диапазон 1012—1014 Гц)
Любое нагретое тело излучает электромагнитные волны за счет преобразования энергии теплового движения частиц тела в энергию излучения.
Поверхность тела человека, его органы и ткани, имеющие температуру
жизнедеятельности 28—42 °С, испускают тепловое излучение в инфракрасном диапазоне. Максимум излучения (если считать температуру кожи равной 30 °С) лежит при длине волны 9,6 мкм. Распределение энергии, испус-
133
каемой телом человека в инфракрасном диапазоне, характеризуется следующими данными: на область длин волн 0,8—5 мкм приходится всего 1 %
излучения, 5—9 мкм — 20 %, 9—16 мкм — 38 % и от 16 мкм и выше — 41
%. По другим данным, спектральное распределение энергии таково: диапазон 3—6 мкм — 4 %, 6—12 мкм — 37 %, 12—24 мкм — 41 %, 24—
50 мкм — 14 %.
В длинноволновой области спектра (5—25 мкм) кожа человека излучает практически как абсолютно черное тело, имеющее температуру 27 °С,
независимо от расовой принадлежности, степени пигментации и других индивидуальных анатомо-физиологических особенностей. Абсолютно черным
телом называется тело, поглощающее полностью все падающие на него
электромагнитные волны при любой собственной температуре. Реальные
тела не являются абсолютно черными, однако некоторые из них по оптическим свойствам близки к таковым — сажа, платиновая чернь, черный бархат в области видимого света.
В среднем 1 см2 кожного покрова человека или живой ткани организма излучает около 40 Вт энергии. Инфракрасное излучение различных
участков поверхности тела определяется тремя факторами: особенностями
васкуляризации поверхностных тканей, уровнем метаболических процессов
в них и различиями в теплопроводности. Последние обусловлены в основном разным развитием жировой клетчатки.
При соблюдении стандартных методических условий регистрируемая
топография излучения характерна для данного человека и воспроизводится
от наблюдения к наблюдению. Топография излучения для всех здоровых
людей имеет много общего.
Нарушения топографии инфракрасного излучения могут наблюдаться
в следующих случаях.
1. Необычные структурные соотношения сосудистой сети — врож-
денные аномалии, сосудистые опухоли.
2. Изменения тонуса сосудов — нарушения вегетативной иннервации,
рефлекторные изменения тонуса.
134
3. Местные расстройства кровообращения — травмы, тромбоз, скле-
роз сосудов.
4. Нарушения венозного кровотока — застой, обратный ток крови при
недостаточности клапанов вен.
5. Локальные изменения тепловыделения — воспалительные очаги,
опухоли, ревматический артрит.
6. Изменения теплопроводности тканей — отек, уплотнения тканей,
изменения содержания жира.
Излучение в видимой и ультрафиолетовой областях спектра
(диапазон – 1014-1017 Гц)
Оптическое излучение тела человека надежно регистрируется с помощью современной техники счета фотонов. В этих устройствах используют высокочувствительные фотоэлектронные умножители (ФЭУ), способные фиксировать одиночные кванты света и выдавать на выходе кратковременные импульсы тока, которые затем регистрируются с помощью специальных электронных счетчиков.
Измерения, проведенные в ряде лабораторий, показали, что 1 см2 кожи человека за 1 с спонтанно излучает во все стороны 6 — 60 квантов электромагнитной энергии, главным образом в сине-зеленой области спектра.
Светимости различных участков кожи отличаются - наиболее сильное излучение исходит от кончиков пальцев, гораздо слабее – от живота или предплечья. Это свечение не связано с наличием загрязнений на коже и зависит
от функционального состояния человека, снижается в покое и повышается с
ростом его активности.
Можно индуцировать свечение кожи, например, с помощью обработки ее перекисью водорода или воздействия на кожу предварительной засветкой. Сильное последействие – фосфоресценцию вызывает излучение на
длине волны 254 нм, соответствующее пику поглощения ДНК. Предварительная засветка вызывает рост свечения в тысячи раз, которое затем спада-
135
ет во времени по сложной кинетической кривой с несколькими постоянными времени от единиц до десятков минут.
Оптическое излучение кожи не является тепловым. Интенсивность
теплового излучения в оптическом диапазоне ничтожна - с 1см2 поверхности тела один квант в среднем может излучаться лишь за много секунд.
Наиболее вероятный механизм спонтанного свечения - это хемилю-
минесценция, вызванная перекисным окислением липидов, которое сопровождается появлением радикалов, т.е. молекул в возбужденном электронном состоянии. При взаимодействии таких молекул в определенном (малом) проценте случаев происходит излучение света. При индуцированном
свечении возможны и другие механизмы, например зарегистрировано излучение при активации определенных клеток крови - нейтрофилов, связанное
с генерацией активных форм кислорода.
Установлено, что в основе всех излучений тканей организма в види-
мой и ультрафиолетовой областях спектра лежит та или иная разновидность
люминесценции (рис. 5.2). Люминесценция — излучение света атомами и
молекулами вещества, переведенными предварительно в некоторое возбужденное состояние достаточной продолжительности (обычно 10-9 —10-8 с).
Излучение света происходит порциями — квантами, при этом атомы, молекулы «скачком» переходят из возбужденного состояния в исходное, отдавая
энергию возбуждения кванту (фотону).
Люминесценция может быть индуцирована различными физическими
факторами: ультрафиолетовыми и видимыми лучами — фотолюминесценция; ультразвуком — некавитационное ультразвуковое свечение; быстрыми
электронами — катодолюминесценция; ионизирующими излучениями —
радиолюминесценция; электрическим током — электролюминесценция;
химическими реакциями — хемилюминесценция.
Разновидностью электролюминесценции является эффект Кирлиан
(автоэлектронная эмиссия, автоионная эмиссия) — возбуждение люминесценции в электрическом переменном поле частотой 10—100 кГц при
напряжении на обкладках конденсатора от 5 до 30 кВ. Эффект наблюдается
136
0
на живых и мертвых биообъектах, а также на неорганических образцах самого разного характера. В биологии и биофизике исследования эффекта носят прикладной характер, но получаемые результаты являются чисто качественными, так как регистрация ведется либо визуально, либо с помощью
фотографирования.
Рис. 5.2. Зависимость интенсивности хемилюминесценции (температура
36 °С, видимая область спектра) от напряженности электростатического поля U: ● - 5%-я концентрация эритроцитов в физиологическом растворе; ▲плазма крови
После окончания внешнего воздействия люминесценция затухает в
течение некоторого времени τ, называемого длительностью свечения. В зависимости от последней фотолюминесценцию условно делят на флуоресценцию (τ≤10-8с) и фосфоресценцию (τ>10
-8
с).
Кожа лица взрослого человека, облучаемая фиолетовым светом с
длиной волны 400—410 нм, флуоресцирует красным светом. Светящиеся
красные точки соответствуют устьям волосяных фолликулов. Флуоресцентные методы исследования применяются в различных областях медицины для решения задач экспресс-диагностики при тех или иных патологических состояниях. Так, в офтальмологии используется флуоресцентная ангиоскопия глазного дна, в стоматологии — диагностика начального карие-
137
са, в онкологии — флуоресцентная диагностика гиперплазии молочной железы.
В биообъектах, наряду с индуцированной физическими факторами
люминесценцией, имеет место и биохемилюминесценция (биолюминесценция), энергию которой поставляют специфические эндогенные химические
и биохимические реакции.
Биолюминесценция – сверхслабое свечение биообъектов в видимой,
ультрафиолетовой и инфракрасной областях электромагнитного спектра.
Биолюминесценция – неотъемлемое свойство живых клеток самых различных тканей. Она возникает при неферментативном окислении их химических ингредиентов, включая липиды биологических мембран. Было обнаружено, что отмирающие клетки (независимо от причины их гибели) испускают фотоны с более высокой энергией, чем аналогичные здоровые
клетки.
Сверхслабое свечение сопровождает в основном так называемые реакции цепного типа, в ходе которых образуются свободные радикалы (соединения, обладающие неспаренными электронами). Обнаружено, что возбуждение происходит за счет энергии, высвобождающейся при их рекомбинации, а интенсивность свечения пропорциональна скорости рекомбинации.
Ультрафиолетовое излучение тканей и клеток организма лежит в области длин волн 190—340 нм. Его субстратом служат белки, полипептиды и
углеводы, оно полностью отсутствует у жиров. Интенсивность излучения
характеризуют следующие экспериментальные данные. При сильной тетанизации портняжной мышцы лягушки 1 см2 поверхности мышцы излучает
600—2000 квантов в секунду , 1 см2 поверхности сердца лягушки в среднем
излучает 400 фотонов в секунду, а за период систолы — 800—1200 фотонов
в секунду. По другим данным, интенсивность ультрафиолетового свечения
тканей составляет 10—700 фотонов с 1 см2 в секунду.
Ультрафиолетовое излучение проявляется в трех основных биологических эффектах.
138
1. Цитоэпический зеркальный эффект — дистантная передача инфор-
мации от одной герметически изолированной культуры клеток к другой через кварцевую пластинку толщиной 0,2—2 мм. Если первую культуру клеток подвергнуть действию поражающего агента (вирус Коксаки А—В, вирус классической чумы птиц, аденовирус-5, токсическая доза дихлорида
ртути, летальная доза ультрафиолетовой радиации), то в интактной культуре развивается поражение, близкое по морфологической картине к поражению образца, непосредственно контактирующего с поражающим агентом.
Обязательные условия реализации эффекта:
а) вращение камер с культурами клеток со скоростью 25 об./ч;
б) полное затемнение камер (на свету эффект не проявляется);
в) экспозиция камер не менее 4 ч;
г) использование только кварцевого стекла.
Этот эффект можно использовать для более целенаправленного отбо-
ра препаратов при химиотерапии опухолей.
2. Некробиотический эффект — испускание растительными и живот-
ными тканями ультрафиолетового излучения в момент гибели под действием химических агентов.
3. Эффект стимуляции клеточного деления эндогенным ультрафиоле-
товым излучением.
Считают, что ультрафиолетовое излучение является необходимым
условием митоза, в связи с чем оно получило название митогенетического.
Сверхслабое метаболическое свечение в видимой области спектра отличается рядом особенностей: энергию для свечения клеток и тканей поставляет
в основном процесс неферментативного свободнорадикального окисления
тканевых липидов, т.е. основными энергетическими субстратами свечения
являются жиры и липиды. Так как свободнорадикальное автоокисление в
клетках тормозится регуляторной системой биоокислителей, интенсивность
свечения в норме очень низка. Спектр свечения занимает область длин волн
360-800 нм. Установлено, что сверхслабое свечение не оказывает прямого
воздействия на интенсивность клеточного деления. Метаболическое свече-
139
ние является универсальным, т.е. свойственно всем тканям животных и растений.
5.3. Применение электромагнитного излучения
оптического диапазона в диагностике и терапии
Инфракрасное и видимое излучения
Инфракрасные (ИК) лучи называют тепловыми. Источниками их яв-
ляется любое нагретое тело, при этом чем больше оно нагрето, тем выше
интенсивность излучения и тем короче длина волны.
В физиотерапевтической практике применяют коротковолновую об-
ласть ИК-излучения (780-1400 нм). Такое излучение проникает в ткани организма примерно на 3-4 мм и только часть (25-30 %) – глубже: до 3-4 см.
ИК-излучение с длиной волны более 1400 нм через кожу не проникает, так
как поглощается содержащейся в ней водой.
Поглощаясь тканями организма, энергия ИК-излучения превращается
в тепловую. При этом возникает сосудистая реакция как результат непосредственного действия тепла и возбуждения терморецепторов, импульсы
от которых поступают в терморегуляционные центры и вызывают терморегуляционные реакции. Сосудистая реакция проявляется двумя фазами. Вначале наступает кратковременная, незначительно выраженная фаза спазма,
которая затем сменяется фазой активной гиперемии (активного расширения
сосудов). В результате во много раз возрастает количество крови, снабжающей ткани.
Тепло является катализатором, ускоряющим обменные, биохимиче-
ские процессы в тканях: улучшается обмен веществ, ускоряются окислительные процессы. Болеутоляющее действие ИК-излучения обусловлено
изменением чувствительности рецепторов, понижением мышечного тонуса,
снятием спазмов. Терапевтическое действие ИК-лучей связано с расширением сосудов тех органов и тканей, которые иннервационно связаны с облученным участком кожи. Увеличение местного лейкоцитоза и фагоцитоза,
140
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]