
- •Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом
- •Величина лпэ в кэВ/мкм зависит от плотности вещества.
- •Относительная биологическая эффективность различных видов излучений
- •Физико-химические основы биологического действия ионизирующего излучения. Защита от ионизирующих излучений
- •Ионизационные потери
- •Тормозное и черенковское излучения
- •Прямое и косвенное действие излучений на мишени в клетках
- •Первичные продукты радиолиза воды и их взаимодействие с биомолекулами
- •Дифференциальное уравнение гармонического колебания.
- •Уравнение для смещения, скорости и ускорения колеблющейся точки.
- •Энергия при гармоническом колебании.
- •Таким образом, полная энергия гармонического колебания оказывается постоянной в отсутствие сил трения. Сложение гармонических колебаний, направленных по одной прямой.
- •Сложное колебание и его гармонический спектр.
- •Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний.
- •Затухающие колебания.
- •Уравнение волны.
- •Эффект доплера.
- •Акустика.
- •Природа звука.
- •Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука.
- •Физические основы звуковых методов исследования в клинике.
- •Голография
- •Дифракция света. Дифракция на щели в параллельных лучах.
- •Дифракция решётки. Дифракционный спектр.
- •Дозиметрия ионизирующего излучения. Поглощенная и экспозиционная дозы. Мощность дозы. Связь мощности дозы и активности. Дозиметрические приборы.
- •Внесистемная – рад
- •Детекторы ионизирующего излучения. Ионизационные камеры.
- •Газоразрядные счетчики. Фотографические сцинтилляционные,
- •Полупроводниковые и черенковские детекторы.
- •Авторадиография.
- •Импульсный сигнал и его параметры.
- •Генераторы импульсных (релаксационных) электрических колебаний. Мультивибратор. Блокинг-генератор.
- •Дифференцирующая и интегрирующая цепи: принципиальная схема, зависимость формы выходного импульса от длительности входного и постоянной времени цепи.
- •Физиотерапевтические аппараты низкочастотной терапии. Электронные стимуляторы для физиологических исследований и для лечебных целей. Типы и устройство кардиостимуляторов.
- •Дефибрилляторы.
- •Магнитные моменты электрона, атома и молекулы.
- •Магнитные свойства вещества.
- •Аппарат терапии переменным магнитным полем.
- •Физические основы магнитокардиографии.
- •Мембранные потенциалы и их ионная природа.
- •Диффузия. Пассивный перенос неэлектолитов через биомембраны, уравнение Рика. Транспорт неэлектролитов через мембраны путем простой и облегченной (в комплексе с переносчиком) диффузии.
- •Механические свойства биологических тканей.
- •Вязкоупругие, упруговязкие и вязкопластичные
- •Системы. Механические свойства мышц, костей,
- •Кровеносных сосудов, лёгких
- •Задачи, объекты и методы биомеханики.
- •Биомеханика опорно-двигательной системы человека. Биомеханические аспекты остеогенеза.
- •Эргометрия. Механические свойства тканей организма.
- •Микроскоп. Формула для увеличения.
- •Разрешающая способность. Значение апертурного угла. Формула для предела разрешения.
- •Ультрафиолетовый микроскоп.
- •Иммерсионные системы.
- •Полезное увеличение.
- •Специальные приемы микроскопии:
- •Основные характеристики ядер атомов.
- •Радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада. Активность.
- •Ядерные реакции. Методы получения радионуклидов.
- •Пассивный и активный транспорт веществ
- •Лиганд - малая молекула (ион, гормон, лекарственный препарат и др.). Второй этап работы фермента - гидролиз атф. При этом происходит образование энзим - фосфатного комплекса (е-р).
- •Перенос кальция из области меньшей (1-4 х 10-3 м) в область больших концентраций (1-10 х 10-3 м) - это и есть та работа, которую совершает Са - транспортная атФаза в мышечных клетках.
- •Проницаемость.
- •Поляризация света.
- •Поляризация при двойном лучепреломлении. Поляризационные устройства.
- •Вращение плоскости поляризации (оптическая активность).
- •Дисперсия оптической активности. Использование поляризованного
- •Света в медико-биологических исследованиях: поляриметрия
- •(Сахариметрия), спектрополяриметрия, поляризационный микроскоп.
- •Прохождение тока через ткани организма. Удельное сопротивление биологических тканей жидкостей при постоянном токе.
- •Первичное действие постоянного тока на ткани организма.
- •Гальванизация.
- •Лечебный электрофорез.
- •Прохождение тока через ткани организма. Удельное сопротивление биологических тканей жидкостей при постоянном токе.
- •Первичное действие постоянного тока на ткани организма.
- •Гальванизация.
- •Лечебный электрофорез.
- •1. Механические волны, их виды и скорость распространения.
- •Уравнение волны.
- •Акустика. Природа звука. Физические характеристики звука. Тоны и шумы.
- •Физические характеристики звука. Тоны и шумы.
- •Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука.
- •Понятие о звукопроводящей и звуковоспринимающей системах уха человека. Физика слуха.
- •Поглощение и отражение звуковых волн. Реверберация.
- •Физические основы звуковых методов исследования в клинике.
- •2. Механические колебания: гармонические, затухающие и вынужденные колебания.
- •Дифференциальное уравнение гармонического колебания.
- •Энергия при гармоническом колебании.
- •Затухающие колебания.
- •Вынужденные колебания. Резонанс.
- •Автоколебания.
- •Разложение колебаний в гармонический спектр. Применение гармонического анализа для обработки диагностических данных. Сложение гармонических колебаний, направленных по одной прямой.
- •Сложное колебание и его гармонический спектр.
- •Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний.
- •Ультразвук. Методы получения и регистрации.
- •Источники и приемники акустических колебаний и ультразвука.
- •Физические основы действия ультразвуковых волн на вещество. Низкочастотный и высокочастотный ультразвук.
- •Физические основы применения ультразвуковых волн в медицине Ультразвуковая диагностика. Хирургическое и терапевтическое применение ультразвука.
- •Эффект Доплера и его применение для неинвазивного измерения скорости кровотока.
- •Инфразвук, особенности его распространения. Физические основы действия инфразвука на биологические системы.
- •Вибрации, их физические характеристики
- •Ударные волны.
- •Модель Вольтера
- •Модель, представляющая сердечно-сосудистую систему как электрическую цепь. Чисто резистивная модель
- •1.1.2.5. Модели электрической активности сердца
- •1. Основные понятия гидродинамики. Условие неразрывности струи
- •Уравнение Бернулли.
- •Внутреннее трение (вязкость) жидкости. Формула Ньютона.
- •Ньютоновские и неньютоновские жидкости.
- •Методы определения вязкости жидкости.
- •Реологические свойства крови, плазмы и сыворотки. Факторы, влияющие на вязкость крови в организме.
- •Фотоэффект.
Методы определения вязкости жидкости.
Совокупность методов измерения вязкости называют вискозиметрией, и приборы, используемые для таких целей - вискозиметрами.
1. Капиллярные методы основаны на законе Пуазейля и заключаются в изменении времени протекания через капилляр жидкости известной массы под действием силы тяжести при определенном переносе давлений.
Вискозиметр Оствальда.
Вискозиметр Оствальда представлен на рисунке.
Рис. Вискозиметр Оствальда.
1 – измерительный резервуар,
2 – кольцевые метки,
3 – резервуар,
4 – капилляр,
5 – груша.
С помощью вискозиметра Оствальда определяют вязкость исследуемой жидкости относительным методом. Измеряют время истечения определенного объема (между двумя метками 2, см. рис. ) исследуемой и эталонной жидкостей t и t0 соответственно. Объемы жидкостей равны:
где р=gl и р0=0gl перепад давлений для исследуемой и эталонной жидкостей.
Выразим из формулы величину вязкости исследуемой жидкости:
где 0- вязкость эталонной жидкости, в качестве которой чаще всего используют дистиллированную воду.
Вискозиметр ВК-4.
Вискозиметр Оствальда требует много исследуемой жидкости. В клинической практики используют вискозиметр ВК-4. Капиллярный вискозиметр применяется для определения вязкости крови.
Рис. Внешний вид вискозиметра ВК-4.
1 и 2 – градуированные пипетки, 3 – подставка, 4 – кран, 5 – резиновая трубка, через которую отсасывают воздух из прибора.
Принцип действия вискозиметра ВК-4 состоит в том, что путь, пройденный жидкостью в капиллярах одинакового сечения при одинаковых давлениях и температурах, обратно пропорционален внутреннему трению или вязкости. Отсюда:
Измерив пути l0 и l, пройденные дистиллированной водой и кровью, и зная вязкость 0 дистиллированной воды, находят вязкость крови.
1. Метод падающего шарика (метод Стокса).
Метод основан на измерении скорости падения маленьких шариков в исследуемой жидкости.
На падающий шарик радиусом r из вещества с плотностью в вязкой жидкости с плотностью 0 и вязкостью действуют силы:
сила
тяжести
,
выталкивающая
сила
,
сила сопротивления жидкости, которая, согласно закону Стокса, равна FB=6 rV, где V- скорость шарика.
При равномерном движении шарика Fтяж = FA + FB , откуда
.
Метод применяется при изучении оседания взвешенных частиц (крахмальных зерен, порошка какао и т. п.).
3. Ротационные методы.
Измерение вязкости ротационным вискозиметром основано на определении скорости вращения цилиндра, опущенного в вязкую жидкость.
Реологические свойства крови, плазмы и сыворотки. Факторы, влияющие на вязкость крови в организме.
Кровь относят к неньютоновским жидкостям. Кровь представляет собой взвесь форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и т. п.) в плазме. Вязкость крови в норме равна 4-5 мПа.с. Для сравнения, вязкость воды при температуре 200С равна 1 мПа.с. При различных патологиях значения вязкости крови колеблется в пределах от 1,7 до 22,9 мПа.с.
Таблица.
Относительные вязкости крови, плазмы и сыворотки крови.
Относительной вязкостью биологической жидкости называют отношение ее вязкости к вязкости воды.
Факторы, влияющие на вязкость крови в организме.
Скорость сдвига.
Скоростью
сдвига называют величину градиента
скорости движения параллельных слоев
жидкости ().
Вязкость крови зависит от скорости
сдвига в диапазоне 0,1-120 с-1.
При скорости сдвига100
с-1
вязкость достигает значения асимптотической
вязкости и при дальнейшем увеличении
скорости сдвига (200
с-1
) не меняется (рис.).
При низких скоростях сдвига в крови эритроциты выстраиваются в монетные столбики. Это определяет высокую вязкость крови, которая, строго говоря, в этом случае не может рассматриваться как чистая жидкость. По мере увеличения скорости сдвига, агрегаты эритроцитов распадаются, и вязкость крови снижается, приближаясь постепенно к некоторому пределу. При высоких скоростях сдвига, например, в крупных артериях, кровь можно рассматривать как ньютоновскую жидкость. Только в этом случае кровь рассматривается как суспензия форменных элементов и ее свойства можно изучать in vitro на моделе суспензии эритроцитов в физиологическом растворе.
Гематокрит.
Вязкостные свойства крови определяются, в основном, эритроцитами. Одним из основным факторов, определяющих вязкость крови является объемная концентрация эритроцитов. Отношение суммарного объема эритроцитов к объему плазмы крови называют гематокритом (Vэр/Vпл). В норме гематокрит равен 0,4-0,5 отн. ед. С повышением гематокрита вязкость крови увеличивается (рис.).
Вязкостные свойства крови определяются в основном эритроцитами.
Реологические свойства крови зависят главным образом от свойств плазмы, относительного объема эритроцитов и механических свойств эритроцитов. Плазма ведёт себя как линейно-вязкая ньютоновская жидкость с относительной вязкостью 1,2.
При рассмотрении течения в артериальных сосудах принимается несжимаемой и вязкой с кинематической вязкостью 0,04 см2/с.
При микроциркуляции эритроциты и плазма рассматриваются отдельно. Капилляры - мельчайшие сосуды диаметром от 5 до 10 мкм. При течении в капиллярах эритроциты могут проходить только по одному, а в более узких они даже деформируются. Изменение формы, механических свойств и концентрации (гематокрит) эритроцитов, в основном, определяют патологические изменения вязкости крови.
В кровеносных сосудах происходит ориентация эритроцитов, а также их деформация (в капиллярах). Кроме того, наблюдается агрегация форменных элементов (особенно эритроцитов) и радиальная неоднородность кровяного потока; плотность эритроцитов возрастает по мере приближения к оси кровеносного сосуда, что приводит к уплощению профиля скорости, являющегося параболическим в случае ньютоновской жидкости. В прилегающих к стенке сосуда областях кровь оказывается более “разбавленной”, что несомненно, облегчает дыхательный обмен с омываемой тканью. Этот обедненный эритроцитами слой крови толщиной 1 мкм является наименее вязким (отн 2,вместо 3,3), в результате кровь здесь движется быстрее.
Эритроциты представляют собой микроскопические двояковогнутые диски диаметром около 8 мкм, толщиной в центре около 1,4 и на периферии - около 2 мкм. В 1 см3 находится их около 5 миллионов. Эритроциты состоят из очень тонкой мембраны толщиной 70 - 100 А, заполненной концентрированным раствором гемоглобина.
Мембраны эритроцитов испытывают непрерывное воздействие сил трения (от вязкости плазмы) и часто претерпевают большие деформации при прохождении через капилляры, имеющие диаметр того же порядка. Кроме того, на них действуют гравитационные и инерционные силы, термические, электрические и магнитные поля, а также давление плазмы и жидкости, находящиеся внутри их. В настоящее время считают, что эритроциты живут около 10 - 125 дней. Их разрушение (гемолиз) является результатом нарушения обмена веществ в мембране, а не результатом воздействия больших механических деформаций.
В мелких сосудах толщина пристеночного слоя составляет существенную часть поперечного сечения, и, следовательно, гематокрит в капиллярах заметно меньше, чем в крупных сосудах. Гематокрит является очень важной характеристикой, так как от него зависит текучесть крови, тканевый обмен и производительность сердца (последняя возрастает при увеличении вязкости крови).
Таким образом, на неньютоновское поведение крови влияют механические свойства мембран эритроцитов, сывороточных белков и плазмы крови, а также явление электровязкости. (Явление электровязкости - у макромолекул, несущих заряд, вязкость больше, поэтому вязкость белков в растворе минимальна в изоэлектрической точке).
Методы измерения давления крови.
В настоящее время известны три способа измерения артериального давления: инвазивный (прямой), аускультативный и осциллометрический.
Инвазивный (прямой) метод измерения артериального давления.
Иглу или канюлю, соединенную трубкой с манометром, вводят непосредственно в артерию. Основная область применения – кардиохирургия. Прямая манометрия - практически единственный метод измерения давления в полостях сердца и центральных сосудах. Венозное давление надежно измеряется так же прямым методом. В клинико-физиологических экспериментах применяется суточное инвазивное мониторирование артериального давления. Игла, введенная в артерию, промывается гепаринизированным солевым раствором с помощью микроинфузатора, а сигнал датчика давления непрерывно записывается на магнитную ленту.
Недостатком прямых измерений давления крови является необходимость введения измерительных устройств в полость сосуда. Без нарушения целостности сосудов и тканей осуществляется измерение давления крови с помощью инвазивных (непрямых) методов. Большинство непрямых методов являются компрессионными - они основаны на уравновешивании давления внутри сосуда внешним давлением на его стенку.
Простейшим из таких методов является пальпаторный способ определения систолического артериального давления, предложенный Рива-Роччи. При использовании данного метода на среднюю часть плеча накладывают компрессионную манжету. Давление воздуха в манжете измеряется с помощью манометра. Накачиванием воздуха в манжету давление в ней быстро поднимается до значения, превышающего систолическое. Затем воздух из манжеты медленно выпускают, одновременно наблюдая за появлением пульса в лучевой артерии. Зафиксировав пальпаторно появление пульса, отмечают в этот момент давление в манжете, которое и соответствует систолическому давлению.
Из неинвазивных (непрямых) методов наибольшее распространение получили аускультативный и осциллометрический методы измерения давления.
Аускультативный метод Н. С. Короткова.
Аукультативный метод имеет наибольшее распространение и основан на установлении систолического и диастолического давления по возникновению и исчезновению в артерии особых звуковых явлений, характеризующих турбулентность потока крови, - тонов Короткова. На область плеча накладывается компрессионная манжета. В манжету накачивается воздух до установления давления больше систолического. Артерия пережимается, кровь не течет и тоны Короткова не обнаруживаются. При выходе воздуха из манжеты давление, действующее на артерию, уменьшается. При равенстве наружного давления систолическому кровь начинает прорываться сквозь сдавленный манжетой участок артерии, и возникают характерные звуки, сопровождающие турбулентное течение крови и прослушиваемые с помощью фонендоскопа. В момент возникновения тонов по манометру определяют систолическое давление. Момент исчезновения шумов соответствует равенству измеряемого наружного давления диастолическому. Необходимо отметить, что систолическое и диастолическое давления только оцениваются, так как точно определяются по этому методу полное и статические давления в кровеносном сосуде.
Аускультативный метод реализуется в различных вариантах. В частности, в измерителях давления тоны Короткова могут восприниматься микрофоном, преобразующим звуковые воздействия в электрические сигналы, поступающие на регистрирующее устройство. На цифровом табло регистратора указываются значения систолического и диастолического давления. В некоторых приборах изменения в движении стенок артерии при систолическом и диастолическом давлении (сопровождающиеся возникновением и исчезновением тонов Короткова) определяются с помощью ультразвуковой локации и эффекта Доплера.
Осциллометрический метод. Метод основан на том, что при прохождении крови во время систолы через сдавленный участок артерии в манжете возникают микропульсации давления воздуха, анализируя которые можно получить значения систолического, диастолического и среднего давления. Систолическому давлению обычно соответствует давление в манжете, при котором происходит наиболее резкое увеличение амплитуды осцилляций, среднему – максимальный уровень осцилляций и диастолическому – резкое ослабление осцилляций.
ЭЛЕМЕНТЫ ФОТОБИОЛОГИИ.
Фотобиологическими называются процессы, которые начинаются с поглощения света биологическими системами, а заканчиваются определенной физиологической реакцией организма.
Существуют разнообразные фотобиологические процессы, к важнейшим из которых относятся фотосинтез, зрение, фоторецепторные реакции, деструктивное действие ультрафиолотового света, биохемилюминсценция.
По воздействию на организм человека и животных их можно разделить на позитивные (полезные) и негативные (вредные).
К позитивным фотобиологическим эффектам у человека и животных относятся:
Зрение.
Фотопериодизм (регуляция суточных и годовых циклов жизни животных путем циклического воздействия “темнота-свет”).
Образование витамина Д из его провитаминов.
К негативным фотобиологическим процессам относят:
Фототоксические эффекты:
световые повреждения глаз и кожи, проявляются в форме помутнения хрусталика, эритемы, пигментации кожи;
бактерицидное действие (имеет и положительное значение);
канцерогенное действие ультрафиолетового излучения.
Фотоаллергические эффекты (то есть увеличение чувствительности организма к некоторым аллергенам под действием света).
По характеру биологического воздействия на организм человека и животных весь оптический диапазон электромагнитного излучения принято разбивать на несколько характерных областей, вызывающих вполне определенные фотобиологические эффекты:
1. Инфракрасная область. (750 нм) - тепловые эффекты.
2. Видимая область (400750 нм) - зрение, фотопериодизм.
3. Ультрафиолетовая область делится в свою очередь на три диапазона:
УФ - А (315340 нм) - загар, синтез витамина Д, фотоаллергические и фототоксические эффекты.
УФ - В (280315 нм) - эригема, загар, ожог кожи и глаз, синтез витамина Д, канцерогенез.
УФ - С (200280 нм) - эригема, загар, канцерогенез, мутация, бактерицидный эффект.
Каким же образом фотмируется отклик организма на световое воздействие? Оказывается, что несмотря на большое разнообразие фотобиологических процессов, в любом из них всегда можно выделить следующие первичные стадии:
1)Поглощение кванта света хромофорной группой и образование электронно-возбужденного состояния
2) Миграция энергии электронного возбуждения (внутримолекулярная и межмолекулярная)
3) Первичный фотофиический акт и появление первичных фотопродуктов (ионов, радикалов или ион-радикалов)
4) Промежуточные стадии, включающие перенос заряда
5) Образование первичных стабильных химических продуктов
6) Физиолого-биохимические процессы. Биохимические реакции с участием образовавшихся фотопродуктов (например, инактивация ферментов и белков, окисление липидов и т.п.).
7) Общефизический ответ на действие света (эритема, ожог, пигментация, зрение и т.п.).
К первичным фотохимическим реакциям относятся:
а) фотодиссоциация молекул с образованием ионов, радикалов | A + B
(А-В)+ h (A-B)* | A+ + B+
A + B
б) фотоизомеризация (или перегруппировка)
А(транс-форма) + h (A)* А(цис-форма)
в) фотоприсоединение или фотоотдача протона
А*+ВН
Одной из важнейших характеристик любого фотобиологического процесса является спектр его фотобиологического действия.
Спектром фотобиологического действия называется зависимость фотобиологического эффекта от длины волны действующего света.
Знание спектра действия для какого-либо фотобиологического процесса позволяет в зависимости от стоящей задачи выбрать область спектра, либо наиболее вызывающую этот процесс, либо наоборот, практически не вызывающую этот фотобиологический процесс, если он нежелателен. В качестве примера на рисунке приведен спектр фотобиологического возникновения УФ-эритемы. По оси ординат здесь отложена “эффективность” света , то есть величина, обратная поглощенной световой дозе D (Дж) = J(Вт) t(с), вызывающей определенный физико-биологический эффект независимо от длины волны. В данном случае по оси ординат отложена величина, обратная мимнимальной эритемной дозе (МЭД), то есть дозе облучения, вызывающей минимально обнаруживаемую эритему.
С увеличением дозы эффективность фотобиологических процессов возрастает.
Очень важным законом, широко используемым в приложениях, является следующий: форма спектра фотобилогического действия ( ) соответствует спектру поглощения К( ) вещества, ответственного за рассматриваемое фотобиологическое действие.
Этот закон весьма важен, так как позволяет путем сравнения спектров фотобиологического действия со спектрами поглощения отдельных веществ, входящих в биосистему, выяснять физико-химические механизмы интерисующего фотобиологического процесса.
Например, было установлено, что кривая гибели бактерий под действием света УФ-С диапазона имеет максимум в области 265 нм, а ее форма близка к спектру поглощения нуклеиновых кислот. Это и позволило сделать вывод, что гибель бактерий под действием УФ-излучения обусловлена именно повреждением нуклеиновых кислот (ДНК).
Подобным путем удается выяснить природу акцептора квантов света, а затем делать предположения и выводы относительно фотохимических реакций, протекающих в организме.
ИНФРАКРАСНОЕ И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ.
РТУТНЫЕ ЛАМПЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В МЕДИЦИНЕ.
Электромагнитное излучение, занимающее спектральную область
между красной границей видимого света ( = 760 нм) и коротковолновом радиоизлучением ( = 1-2 мм), называют инфракрасным (ИК).
ИК область спектра условно разделяют на близкую (0,7602,5 мкм), среднюю (2,550 мкм) и далекую (502000 мкм).
Нагретые твердые и жидкие тела испускают непрерывный ИК спектр. Если в законе Вина вместо *m подставить пределы ИК-излучения, то получим соответственно температуры 38001,5 К. Это означает, что все жидкие и твердые тела в обычных условиях практически не только являются источниками ИК-излучения, но и имеют максимальное излучение в ИК области спектра.
При невысоких температурах энергетическая светимость тел мала. Поэтому несмотря на кажущуюся доступность источников
ИК-излучения далеко не все тела могут быть использованы в качестве таких источников. В связи с этим наряду с тепловыми ис-
точниками ИК-излучения используют еще ртутные лампы высокого давления и лазеры, которые уже не дают сплошного спектра. Мощным источником ИК-излучения является Солнце, около 50% его излучения лежит в ИК области спектра.
Лечебное применение ИК-лучей основано на их тепловом действии. Наибольший эффект достигается коротковолновым ИК-излучением, близким к видимому свету. Для лечения используют специальные лампы: лампы накаливания (соллюкс) и ИК-излучатели (инфраруж), укрепленные в специальном рефлекторе на штативе. ИК излучатели устроены подобно бытовым электрическим нагревателям с круглым рефлектором. Спираль нагревательного элемента накаливается током до температуры 400 - 500 *С.
ИК излучение проникает в тело на глубину около 20 мм, поэ тому в большей степени прогреваются поверхностные слои. Терапевтический эффект как раз и обусловлен возникающим температурным градиентом, что активизирует деятельность терморегулирующей системы.
Усиление кровоснабжения облученного места приводит к благоприятным лечебным последствиям.
В медицине с диагностическими целями проводят фотографирование в ИК-лучах. Различие оптических свойств видимого и ИК-из-
лучения позволяет увидеть детали, не видимые глазом и на обычной фотографии. С помощью этого метода диагностируют кожные и сосудистые заболевания.
Полезную информацию на молекулярном уровне дает спектроскопия ИК-излучения.
Методы обнаружения и измерения ИК-излучения делятся в основном на две группы: тепловые и фотоэлектрические. Примером
теплового приемника служит термоэлемент, нагревание которого вызывает электрический ток. К фотоэлектрическим приемникам относятфотоэлементы, ЭОП, фотосопротивления.
Обнаружить и зарегистрировать ИК-излучение можно также фотопластинками и фотопленками со специальным покрытием.
Электромагнитное излучение, занимающее спектральную областьмежду фиолетовой границей видимого света (= 400 нм) и длинноволновой частью рентгеновского излучения (= 10 нм), называютультрафиолетовым (УФ).
В области ниже 200 нм УФ-излучение сильно поглощается всеми телами, в том числе и тонкими слоями воздуха, поэтому особого интереса для медицины не представляет. Остальная часть УФ спектра условно делится на три области:
А (400315 нм),
В (315280 нм) и
С (280200 нм).
Накаленные твердые тела при высоких температурах излучают заметную долю УФ-излучения. Однако максимум спектральной плотности энергетической светимости в соответствии с законом Вина, даже для наиболее длинной волны (400 нм) приходится на 7000 К. Практически это означает, что в обычных условиях тепловое излучение серых тел не может служить эффективным источником УФ-излучения. Наиболее мощным источником УФ-излучения является Солнце,
9% излучения которого на границе земной атмосферы составляет УФ. В лабораторных условиях в качестве источников УФ-излучения используют электрический разряд в газах и парах металлов. Такое излучение уже не является тепловым и имеет линейный спектр.
УФ-излучение необходимо для работы УФ микроскопов, люминесцентных микроскопов, для люминесцентного анализа. Главное применение УФ-излучения в медицине связано с его специфическим воздействием, которое обусловлено фотохимическими процессами.
Так, например, УФ (области В и С) обладает антирахитным действием, так как фотохимическим путем образует витамин Д из его провитамина.Эти же области УФ-излучения вызывают покраснение кожи (эритему), которое в зависимости от дозы облучения может вызвать даже ожоги.
Область А УФ играет важную роль в образовании пигмента, ко- торый придает коже коричневую окраску.
Бактерицидное действие УФ наиболее эффективно вызывается областью С. Это свойство используют для предотвращения распрост- ранения заразных болезней и стерилизации помещения, в которомпроводятся микробиологические работы. УФ может быть при избыточном воздействии причиной конъюнк-тивита (область С) и рака (область В).
Измерение УФ-излучения в основном осуществляется фотоэлект-рическими приёмниками: фотоэлементами, ФЭУ. Индикаторами УФ света являются люминесцирующие вещества и фотопластинки.
Источником УФ-излучения, применяемого для лечебных и профи-лактических целей, являются специальные газоразрядные лампы:ртутно-кварцевые, бактерицидные и другие.Наибольшее значение для медицины имеют лампы, в которыхэлектрический разряд происходит в атмосфере ртутных паров. Приэтом возбужденные атомы ртути дают интенсивное излучение в УФобласти спектра. Ртутные лампы разделяются на лампы низкого (0,011,0 мм ртутного столба), высокого (150 400 мм ртутногостолба) и сверхвысокого (выше атмосферного) давления. Из них в медицине используются лампы низкого и высокого давления.
Медицинская ртутно-кварцевая лампа высокого давления предс-тавляет прямую трубку из кварцевого стекла, из которой удален воздух (рис.).
Трубка наполнена аргоном под невысоким давлением и содержит также небольшое количество ртути. Впаянные по концам ме-таллические электроды Э для улучшения эмиссии электронов покрыты окислами щелочных металлов. При включении питающего напряжения в аргоне возникает тлеющий разряд. Разряд начинается за счет тех единичных ионов и электронов, которые имеются в естественном газе и поддерживается за счет вторичной ионизации. При этом электроды вследствие бомбардировки их ионами газа и электронами нагреваются, и с их поверхности происходит электронная эмиссия. Нагревается вся лампа, и имеющаяся в ней ртуть испаряется. Возникает дуговой разряд в ртутных парах, давление которых при этом повышается до необходимого предела: устанавливается рабочий режим лампы. При этом лампа дает излучение с линейчатым спектром в УФ области (максимум излучения при =365 нм), а также в сине-фиолетовой части видимого света. Это излучение и наблюдается глазом при работе лампы.
Лампу включают в сеть переменного тока, параллельно лампе через кнопку включен конденсатор (С), разряд которого облегчает зажигание лампы. Последовательно с лампой включается дроссель (Д), который стабилизируется ток в цепи лампы. При разряде в газе незначительное изменение напряжения между электронами может вызвать непропорционально большое изменение тока, которое нарушает работу лампы. При изменении тока в дросселе возникает э.д.с. самоиндукции, противодействующая этому изменению, и таким образом сила тока автоматически поддерживается неизменной.
Ртутная лампа низкого давления, называемая в медицине бактерицидной лампой, представляет собой трубку из увиолевого стекла, на концах которой имеются два электрода в форме спиралей накала (рис. 2).
Трубка заполнена аргоном под давлением в несколько мм ртутного столба и в ней помещается капля метталической ртути. Лампа включается в сеть последовательно с дросселем, параллельно электродам лампы включен стартер. Он представляет неоновую лампочку с биметаллическим электродом, который замыкает цепь тока для накала спиралей основных электродов.
Как только электроды лампы нагреются и возникнет электронная эмиссия, ток через стартер уменьшится и биметаллическая пластинка размыкает цепь. При этом между электродами в лампе возникает тлеющий раз-
ряд в атмосфере аргона. Постепенно ртуть испаряется и ее пары заполняют трубку. Лампа переходит на рабочий режим, при котором тлеющий разряд происходит уже в атмосфере ртутных паров и между холодными электродами. Давление ртутных паров в лампе составляет 6*10** мм ртутного столба. Лампа дает излучение с линейчатым спектром преимущественно в УФ области, максимум которого (до 70% всего излучения) падает на длину волны 253,7 нм.
В настоящее время для целей освещения применяются лампы, которые называют люминесцентными. Они устроены подобно ртутной лампе низкого давления, но делаются из простого стекла, внутрен- няя сторона которого покрыта соответствующим люминофором. УФ излучение возбужденных атомов ртути падает изнутри лампы на люминофор, который дает уже видимое излучение определенного состава. В зависимости от состава люминофора лампы дают белый свет раз-
личных оттенков и часто называются лампами дневного света. В спектре люминесцентной лампы сочетается сплошной спектр излуче- ния люминофора с линейчатым спектром частично проходящего через люминофор излучения паров ртути.
Применяется также люминесцентная лампа, которая дает длинноволновое УФ излучение (максимум при 310 - 320 нм), содержащееся в солнечном излучении достигающем земной поверхности. Лампа называется эритемной и применяется для освещения в школах, яслях, больницах при недостатке солнечного света.