Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Взаимодействие полей и излучений с биологическими объектами. Учебное пособие
.pdf
активизация иммунобиологических процессов, рассасывание и удаление
продуктов метаболизма, анальгезирующее действие, повышение проницаемости сосудов обусловливают противовоспалительное действие и оказывают лечебный эффект ИК-излучения при хронических воспалительных процессах. При остром воспалительном процессе сосудистая реакция и без того
выражена – имеют место гиперемия, усиление циркуляции крови, повышенное внутритканевое давление. ИК-излучение при этом может усилить
боль вследствие дополнительного давления воспалительного экссудата на
рецепторы.
Источниками ИК-излучения в физиотерапии являются облучатели с
лампами накаливания или нагревательными элементами, например облучатели соллюкс, лампы Минина (бытовые рефлекторы с лампой синего цвета).
ИК-излучение оказывает лечебное действие при бронхите, трахеите,
пневмонии, гастрите, ожирении, отравлении тяжелыми металлами (свинец,
ртуть, мышьяк), заболеваниях опорно-двигательного аппарата и периферической нервной системы.
Для диагностических целей и исследования оптических характеристик тканей медицинским приборостроением создано оборудование двух
типов: тепловизоры (термографы) и приборы инфракрасного зондирования.
Тепловизоры применяются для визуализации теплового поля человека, которое содержит обширную информацию об интенсивности обменных процессов и состоянии систем регулирования организма.
По принципу действия тепловизор представляет собой радиометр, работающий, как правило, в спектральных ИК-диапазонах длин волн 3-5 или
8-12 мкм. Для получения тепловых изображений протяженных объектов
применяются оптико-механические сканирующие системы [8].
Применение тепловидения в медицине началось с открытия того явления, что кожа, под которой находится злокачественное образование, оказывается более нагретой по сравнению с симметричными участками тела.
Позже было установлено, что такие аномальные участки температурного
141
поля кожи сопутствуют целому ряду заболеваний и отчетливо просматриваются на тепловизионном изображении.
Тепловизоры применяются в настоящее время для диагностики опухолей мягких тканей и кожи (в том числе на ранних стадиях), воспалительных процессов, сосудистых заболеваний конечностей, заболеваний щитовидной железы и др. Ведутся исследования по применению тепловизионных приборов в акушерстве, гинекологии, при диагностике аппендицита,
сахарного диабета, хронических заболеваний брюшной полости.
Однако аномалии температурного поля кожи человека являются лишь
косвенным свидетельством патологии, поскольку тепловидение не позволяет непосредственно зарегистрировать ИК-излучение внутренних органов
из-за его поглощения слоем подкожной жировой ткани. Параметры изображения определяются соотношением между теплоотдачей в окружающую
среду и потоком метаболического тепла к поверхности тела, поэтому данные, получаемые с помощью тепловидения, являются неоднозначными и
сложными при расшифровке. Информация с выхода тепловизора после обработки в аналого-цифровом преобразователе поступает в ЭВМ, где сравнивается с усредненными данными «теплового портрета» здорового человека. Интерпретация термографических данных является основной задачей
современного этапа развития медицинской термографии.
Приборы ИК-зондирования основаны на зависимости коэффициента
диффузного отражения ИК-излучения от интенсивности микроциркуляции
крови в кожных покровах и могут применяться для диагностики всех видов
патологии, связанных с нарушением периферической гемодинамики.
Метод ИК-зондирования позволяет провести диагностику глубины
ожогов, что дает возможность правильно определить тактику лечения. Кроме того, ИК-зондирование применяется в диагностике переломов костей и
качества приживления трансплантатов кожи.
В спектре видимого света различают, как известно, семь основных
цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Видимое излучение проникает в ткани организма на глубину 1-2 мм.
142
Практически никогда организм не подвергается воздействию одних
только видимых лучей, ибо спектр лампы накаливания, с помощью которой
получают эти лучи, содержит более 85 % ИК-излучения. Поэтому в организме при видимом свете возникают реакции, близкие к тем, которые происходят под влиянием ИК-излучения.
Еще в древние времена врачи пытались лечить светом оспу, корь и
другие болезни. Видимое излучение, состоящее из разных цветов, применяют в психотерапии, поскольку свет через глаза оказывает прямое действие на вегетативные центры гипоталамуса и гипофиза, выступает как регулятор основных жизненных процессов. В.М.Бехтерев обосновал лечение
светом ряда нервно-психических заболеваний. Больных в состоянии психического возбуждения он рекомендовал помещать в палаты с голубым освещением или цветом стен, а больных с психическим угнетением – в палаты с
розовым цветом стен.
В настоящее время белому свету приписывают успокаивающее действие, голубому – сильно успокаивающее, красному – возбуждающее корковую деятельность. Зеленый и желтый – уравновешивают процессы возбуждения и торможения, синий – тормозит нервно-психическую деятельность.
В последнее время получил распространение метод лечения желтухи
недоношенных и новорожденных детей голубым светом. Механизм этого
явления окончательно не выяснен, но считается, что под влиянием голубого
света разлагается билирубин, вызывающий желтуху.
Лазерное излучение
Лазеры – оптические квантовые генераторы (ОКГ), превращающие
различные виды энергии в когерентное, монохроматическое излучение света. Создание ОКГ открыло новые возможности применения световой энергии в биологии и медицине.
143
Характерными особенностями лазерного излучения, отличающими
его от любого другого, являются: монохроматичность, то есть постоянная
для каждого лазера строго определенная длина волны; когерентность, то
есть строгая упорядоченность излучения – совпадение всех фаз световых
волн в пространстве и времени; поляризованность – поперечное положение
световых волн по отношению к направлению луча. Эти свойства лазера
позволяют при необходимости получить излучение высокой интенсивности,
значительной мощности и строгой направленности – практически параллельный пучок света, который может быть сфокусирован в точку диаметром, соответствующим длине волны излучаемого им света. Диапазон длин
волн различных лазеров соответствует видимому и ближнему инфракрасному участкам спектра электромагнитных волн (рис. 1.5).
Механизм действия лазерного излучения, как и физиологическое его
проявление изучены еще недостаточно, так что многие вопросы остаются
открытыми. В механизме действия лазера на ткани, по-видимому, имеют
значение: тепловая энергия, давление света, а при высокой мощности излучения – ударный эффект, фотохимический, фотоэлектрический эффекты и
др.
Под влиянием лазерного излучения стимулируются процессы фагоцитоза, кроветворения, регенерации. В частности, ускоряются репаративные
процессы в поврежденном нерве, при переломах костей, ускоряется заживление кожных ран, ожоговых поверхностей, поражений слизистой оболочки
полости рта. Лазерное излучение обладает обезболивающим, противовоспалительным, сосудорасширяющим действием, улучшает периферическое
кровообращение, активизирует образование тромбопластина и тромбина.
При действии лазерного облучения на нервные клетки отмечается деполяризация мембраны клетки без особых изменений содержания ионов калия и натрия внутри клетки. При этом не наблюдается повреждающего действия облучения на нервную систему, а также изменений в тканях мозга
концентрации серотонина, адреналина, норадреналина. По данным [11], в
144
механизме лечебного действия лазерного излучения существенная роль
принадлежит биогенным аминам (гистамину, серотонину), которые активно
участвуют в химической стадии регуляции иммуногенеза. При этом лучший
терапевтический эффект отмечается при ограниченных воспалительных
процессах.
Лазерное излучение большой мощности оказывает разрушающее действие на ткани, основанное на резком повышении температуры в облучаемом месте, что вызывает коагуляцию (свертывание) или разрушение биологической ткани. Кроме коагуляции биологических структур, при большой
мощности излучения возможно и взрывное их разрушение от воздействия
своеобразной ударной волны. Она образуется в результате мгновенного перехода тканевой жидкости в газообразное состояние под влиянием высокой
температуры. Лазерным лучом можно проводить бескровное рассечение
тканей в офтальмологии, хирургии, онкологии.
Применяющиеся в настоящее время в физиотерапии гелий-неоновые
лазеры излучают энергию низкой интенсивности (с плотностью потока
мощности от единиц до десятков мВт/см2), которая оказывает стимулирующее действие на ряд функций организма.
Лазерную терапию можно проводить в виде непосредственного облучения очага поражения или воздействия на рефлексогенные зоны, в том
числе на биологически активные точки, используемые при акупунктуре.
Показания и противопоказания для лазерной физиотерапии в настоящее время еще не разработаны. Отмечены положительные результаты лечения при следующих заболеваниях: радикулит, неврит, невралгия, стенокардия, бронхиальная астма, артроз, ожоги, вялогранулирующие раны, переломы костей, тонзилит, отит, стоматит, язвенный дерматит, язва желудка и
двенадцатиперстной кишки и др.
Лазерное излучение применяют и в диагностических целях для исследования кровеносных сосудов, фотографирования внутренних органов и др.
При этом используют световое излучение небольшой мощности. С помо-
145
щью лазеров производят морфологический, химический и спектральный
анализы биологических объектов.
Ультрафиолетовое излучение
Ультрафиолетовое (УФ) излучение обладает более активным и разно-
сторонним биологическим действием на организм по сравнению с видимыми и инфракрасными лучами. Механизмы действия УФ-излучения на человека сложны и многообразны. Различают три основных связанных между
собой процесса: биологический, гуморальный и нервно-рефлекторный. УФлучи проникают в организм на глубину 0,1-1 мм, причем последняя зависит
от длины волны – длинноволновые проникают глубже, чем коротковолновые.
В организме УФ-излучение вызывает фотоэлектрический эффект,
вторичное фотолюминесцентное – митогенетическое излучение, фотохимические реакции. Это приводит к активизации биохимических процессов,
изменению ионной конъюнктуры, электрических свойств коллоидов клеток
и их дисперсности. УФ-излучение влияет на все метаболические и физиологические реакции клеток. В процессе биологической фотореакции участвуют пигменты, полисахариды, липиды, белки, нуклеиновые кислоты.
Под влиянием УФ-излучения в тканях возникает фотолизис – распад
сложных белковых структур на более простые, вплоть до аминокислот. При
фотолизисе высвобождаются высокоактивные биологические вещества: гистамин, ацетилхолин, биогенные амины; повышается активность ряда ферментов (гистаминазы, пироксидазы и др.).
Важным проявлением фотохимического действия УФ-излучения яв-
ляется образование эндогенного витамина D. Под влиянием небольших доз
ультрафиолетовых лучей происходит превращение находящегося в коже
дегидрохолестерина в витамин D3. Последний принимает непосредственное
участие в регуляции фосфорно-кальциевого обмена в организме.
146
Под влиянием малых доз УФ-излучения увеличивается количество
эритроцитов, возрастает содержание гемоглобина, повышается цветовой
показатель крови. Снижается количество холестерина в крови, увеличивается концентрация гликогена в печени и мышцах. Таким образом, небольшие дозы УФ-излучения оказывают терапевтическое общеукрепляющее
действие на организм человека.
При интенсивном и продолжительном облучении через определенный
срок (от 2 до 8 и более часов) возникает покраснение кожи – УФ-эритема.
Последняя представляет собой асептическое воспаление – расширение капиллярной сети, переполнение ее кровью, фибриноидное набухание. Кожа
становится ярко-красной, болезненной и слегка отечной, повышается ее
температура. Процессы, происходящие при эритемообразовании, лежат в
основе обезболивающего, противовоспалительного, рассасывающего действия так называемой эритемотерапии, широко использующейся в лечебной
практике. УФ-излучение оказывает выраженное противовоспалительное
действие за счет повышения фагоцитарной активности лейкоцитов крови и
общей иммунологической реактивности.
Влияние УФ-излучения на нервную систему зависит от дозы. Малые
дозы возбуждают рецепторы кожи, стимулируют, тонизируют центральную
нервную систему. Эритемные дозы УФ-излучения после периода возбуждения угнетают, снижают чувствительность рецепторов, оказывают тормозящее действие на центральную нервную систему и, таким образом, оказывают болеутоляющее действие; используются при болевых синдромах.
Важным свойством УФ-лучей является их бактерицидное действие. В
его основе лежит непосредственное влияние лучистой энергии на субстанцию клеток микроорганизма, в которых происходят сложные биохимические процессы. УФ-излучение вначале вызывает активизацию жизнедеятельности бактерий, затем – угнетение жизнедеятельности, утрату способности к многократному воспроизведению, формированию колоний вследствие нарушения обмена нуклеиновых кислот (бактериостатическое дей-
147
ствие) и, наконец, коагуляцию белков – гибель бактерий (бактерицидное,
летальное действие). Например, высоко чувствительны к УФ-излучению
стрептококки, кишечная палочка, вирусы гриппа. УФ-лучи разрушают также токсины, например дифтерийный, столбнячный, дизентерийный, брюшного тифа, золотистого стафилококка.
В практике физиотерапии применяют УФ-облучатели различных ти-
пов: облучатель ультрафиолетовый на штативе (ОУШ), ультрафиолетовый
портативный облучатель (ОПУ), маячный ультрафиолетовый облучатель
(ОМУ) и др., источником излучения в которых являются газоразрядные
лампы. Дуговые бактерицидные лампы ДБ – это газоразрядные лампы низкого давления, сделанные из увиолевого стекла с вольфрамовыми электродами. Источником излучения в них является электрический разряд в смеси
паров ртути с аргоном [11].
Местное эритемное облучение проводится в местах расположения
ран, фурункулов, рожистых воспалений, заболеваний глотки, миндалин и
др. Применяют также облучение полями, когда очаг поражения большой
(при пневмонии, бронхите, межреберной невралгии, радикулите); облучение рефлексогенных зон. Кроме того, УФ-излучение используется в сочетании с другими методами при лечении заболеваний опорно-двигательного
аппарата и нервной системы.
5.4. Взаимодействие ионизирующих излучений с биологическими
объектами
К ионизирующим относятся излучения, взаимодействие которых со
средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Рассмотренные выше виды излучений (в том числе ультрафиолетовое) к ионизирующим не относятся. Источниками ионизирующих излучений являются
естественные и искусственные радиоактивные вещества. Космическое излучение также является ионизирующим и постоянно воздействует на расти-
148
тельный и животный мир Земли. Земная атмосфера поглощает значительную часть этого излучения и таким образом защищает обитателей Земли от
его вредного влияния.
Различают непосредственно ионизирующие и косвенно ионизирующие излучения. К первым относятся излучения заряженных частиц (альфа,
бета и др.), которые, попадая в облучаемую среду, сами ионизируют ее атомы и молекулы. Косвенно ионизирующие излучения (рентгеновское, гамма, нейтронное и др.) – это электромагнитные излучения и излучения
нейтральных частиц, которые сами не производят ионизацию. При попадании в среду они взаимодействуют с атомом, передают энергию вторичному
электрону или атомному ядру (ядру отдачи), которые и производят дальнейшую ионизацию.
Ионизирующие излучения разделяют на фотонные и корпускулярные.
Фотонным является электромагнитное косвенно ионизирующее излучение с
энергией от единиц кэВ до десятков МэВ (излучение, испускаемое ядрами
радиоактивных изотопов, рентгеновское и -излучение). Корпускулярным
называют ионизирующее излучение, состоящее из частиц, масса покоя которых не равна нулю. К таким частицам относятся альфа-, бета-частицы,
электроны, протоны, нейтроны и др.).
Основное свойство ионизирующего излучения – способность проникать через облучаемые среды, которая характеризуется длиной свободного
пробега частицы или фотона в среде. Наибольшей проникающей способностью обладают косвенно ионизирующие излучения. Непосредственно ионизирующие излучения при попадании в среду быстро теряют свою энергию
на ионизацию, поэтому у них сравнительно небольшая длина свободного
пробега. При одинаковой энергии длина свободного пробега уменьшается с
ростом заряда и массы частиц.
Вскоре после открытия биологического действия ионизирующих излучений было установлено, что любой живой объект при определенной поглощенной дозе облучения погибает. Причем для простейших организмов
149
эта доза примерно в тысячу раз выше, чем для высокоорганизованных биологических видов, например обезьян [18].
Радиационное поражение обусловлено гибелью живых клеток или
нарушением нормальных функций клеток и их составных частей. Объяснение закономерностей биологического ответа на воздействие ионизирующего излучения наталкивается на основной радиобиологический парадокс. Он
заключается в несоответствии между ничтожной величиной поглощенной
энергии и крайней степенью выраженности реакций биологического объекта, вплоть до летального исхода. Сущность этого парадокса состоит в следующем. Все живое погибает от облучения поглощенной дозой 10 Грей (Гр)
(Грей – единица измерения поглощенной дозы в системе СИ: 1 рад = 0,01
Гр). По суммарной энергии это то же, что нагреть организм человека примерно на 0,001 0С, т.е. меньше, чем от стакана выпитого горячего чая. Причина того, почему ничтожное количество поглощенной организмом энергии
приводит к катастрофе, составляет загадку радиобиологического парадокса.
Объяснению этого явления посвящено много теорий и гипотез, в основе которых – сложные биофизические и биохимические механизмы усиления первичных процессов передачи энергии излучения.
При облучении биологической ткани образуются свободные радикалы
органического вещества R
-
. Как и водные радикалы (ОН
атомарный кислород, органический радикал R
–
обладает неспаренным
-
, Н
2О2
-
, Н
2О2
), и
электроном и крайне реакционноспособен. Располагая дополнительной
энергией, он способен разрушать химические связи, что и происходит в
промежутке между образованием ионов и формированием конечных химических продуктов. Биологический эффект облучения усиливается за счет
того, что образующийся в результате взаимодействия свободного радикала
с кислородом также высокоактивный продукт RО
–
ведет к образованию
2
новых молекул в облученной ткани. Возникновение иных, по сравнению со
здоровой тканью, химических связей и веществ приводит к необратимым
изменениям в клетках живого организма. Особой чувствительностью к действию радиации отличаются живые клетки в период митоза (деления) [19].
150
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]