39) Тепловое действие высокочастотных электромагнитных волн. Использование теплового эффекта в физиотерапии. Увч-терапия и индуктотермия. Особенности теплового эффекта эмв свч и квч диапазонов.

В современной физиотерапии широко используется электрическое прогревание органов и тканей. Для этого нельзя применять ток низкой частоты, потому что он будет оказывать сильное возбуждающее действие.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.

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.

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)