Экзамен / Ответы на вопросы / 39.Тепловое действие высокочастотных ЭМВ. Использование теплового эффекта в физиотерапии (УВЧ,

Вопрос №39

Тепловое действие высокочастотных ЭМВ. Использование теплового эффекта в физиотерапии (УВЧ, индуктотерапии, СВЧ).

В современной физиотерапии широко используется электрическое прогревание органов и тканей. Легко понять, что для этого нельзя применять ток низкой частоты, потому что он будет оказывать сильное возбуждающее действие (при подпороговых токах, не вызывающих возбуждения, выделение тепла крайне мало). Поэтому для электропрогревания используют только высокие частоты.

Выделение тепла в тканях имитирует очаг воспаления. В результате запускается целый ряд физиологических реакций: усиливается кровоток (кровь уносит выделяющееся тепло), повышается приток кислорода к тканям, ускоряется метаболизм и т.д. Всё это способствует нормализации состояния ткани.

Наиболее популярной сейчас является УВЧ-терапия (ультравысокочастотная терапия). Аппарат для УВЧ-терапии представляет собой генератор электромагнитных волн с частотой 40,68 МГц; длина волны этого излучения около 7,4 м.

Так как человек всегда располагается много ближе семи метров, он находится в зоне несформировавшейся волны, где характер волны сильно зависит от формы излучателя. Чаще всего облучаемый участок тела располагают между двумя металлическими пластинами, покрытыми слоем изолятора. (Для безопасности больного электроды подключают не к основному колебательному контуру генератора переменного напряжения, а к контуру пациента (терапевтическому контуру), который индуктивно связан с основным колебательным контуром генератора). Пластины образуют нечто вроде конденсатора; в этом случае основную роль в волне играет электрическая составляющая поля. Под действием этой переменной составляющей поля дипольные молекулы начинают колебаться; это колебание (смещение) зарядов создаёт в облучаемом участке ток смещения, плотность которого равна:

j_смещ = Е₀₀^.cost.

Можно доказать, что тепловая мощность, выделяемая при УВЧ-терапии, равна: Р_тепл ~ ₀E₀^2. tg,

где tg δ (тангенс угла диэлектрических потерь) - некоторый коэффициент, характеризующий свойства среды (в частности, её вязкость).

Ток смещения возникает, в первую очередь, в диэлектриках; например, много тепла выделяется в жировой ткани, в том числе - в миелиновых оболочках нервов. Поэтому процедура УВЧ даёт хорошие результаты при многих заболеваниях нервной системы (невралгия, радикулит и др.).

Для тканей с хорошей электропроводностью (мышцы, печень) более выгодным может оказаться другой способ воздействия, когда вместо конденсаторных пластин излучателем является катушка, в которой создаётся магнитное поле. В этом случае в волне будет преобладать магнитная составляющая ЭМП.

Переменное магнитное поле вызывает в ткани ЭДС индукции, поэтому данный метод носит название индуктотермии. ЭДС индукции приводит к возникновению в тканях вихревых токов (токов проводимости).

Сила вихревого тока зависит от электрического сопротивления тела (удельного сопротивления и размеров), а также от скорости изменения магнитного потока.

В основе расчета тепловой мощности, выделяемой при индуктотермии лежит закон Джоуля-Ленца, с его использованием можно доказать, что:

P_тепл ~ B_m²² /  или P_тепл ~ B_m²²

то есть при индуктотермии больше нагреваются ткани с хорошей удельной электропроводностью (малым удельным сопротивлением) - например, мышцы и паренхиматозные органы.

В некоторых случаях оказывается более выгодным не воздействовать на организм электромагнитными волнами, а непосредственно подводить ток высокой частоты к телу с помощью электродов. Такой метод называется диатермией. В настоящее время аппараты диатермии используют, в основном, для операций, при которых возможно сильное кровотечение из капилляров (например, операций на печени). В этом случае один провод от генератора высокой частоты подсоединяют к скальпелю с изолирующей рукояткой, а второй электрод большой площади накладывают на любой участок тела. Около лезвия скальпеля большое количество тепла выделяется на очень маленькой площади, и ткань в месте разреза быстро нагревается до высокой температуры. Происходит коагуляция (свёртывание) белков; образующаяся белковая плёнка значительно уменьшает кровотечение. Электрокоагуляция используется также в стоматологии.

Тепловое действие СВЧ и КВЧ излучения проявляется при плотностях потока энергии не менее 10 мВт/см². В СВЧ-диапазоне поглощается около 50% падающей на тело энергии, а глубина проникновения в среднем равна 1/10 длины волны. Миллиметровые волны (КВЧ-излучение) вызывают ощущение жжения, ожоги кожи и роговицы, конъюнктивиты. Дециметровые и сантиметровые волны нагревают внутренние органы и ткани. Они менее влияют на терморецепторы и не вызывают ощущения жжения, вследствие чего не воспринимается действительная степень нагрева тела (отсюда возможность перегрева с нежелательными последствиями).

Тепловое действие СВЧ-полей на биологические объекты обусловлено:

а) поляризацией молекул вещества и периодической переориентацией их как электрических диполей;

б) воздействием на ионы с возникновением переменного тока проводимости. Наибольшее значение имеют токи смещения, обусловленные переориентацией молекул воды. В связи с этим максимальное поглощение энергии СВЧ-излучения происходит в таких тканях, как мышцы и кровь, а кости и жировая ткань нагреваются меньше.

На границе сред с разными коэффициентами поглощения ЭМВ, например, на границе тканей с высоким и низким содержанием воды, могут возникнуть стоячие волны, обусловливающие местный перегрев тканей. Интенсивность нагрева ткани (органа) зависит от возможности хорошего оттока тепла от облучаемых участков. В связи с этим в наибольшей степени страдают органы, содержащие большое количество жидкости и имеющие слаборазвитую сосудистую сеть. К ним относятся хрусталик, стекловидное тело глаза, паренхиматозные органы (печень, поджелудочная железа), полые органы, содержащие жидкость (мочевой и желчный пузырь, желудок), гонады.

В первые годы развития радиолокации случаев слепоты в результате попадания людей в зону СВЧ излучения было, к сожалению, немало. (Сейчас все работы, где есть подобная опасность, выполняются обязательно в защитных очках). При достаточной мощности и длительности облучения могут возникать тяжелые нарушения терморегуляции, вплоть до смерти.

Физиотерапевтические методы, основанные на тепловом действии ЭМВ СВЧ и КВЧ диапазона, в зависимости от используемой длины волны имеют два названия:

микроволновая терапия (частота 2375 МГц, длина волны – 12,6 см) и

дециметровая терапия (ДЦВ-терапия, частота 460 Мгц, длина волны 65,2 см).