Kompendium_po_biofizike_1

подключаются

электроды.

Этот

контур

называется

терапевтическим.

Его наличие обязательно по условиям безопасности больного, которому проводится процедура.

Для того чтобы больной ни при каких условиях не мог подвергнуться действию постоянного напряжения терапевтический контур индуктивно связан с контуром генератора. Чтобы его настраивать в резонанс при проведении процедуры имеется конденсатор перемены емкости.

3. Воздействие на биообъекты переменным электрическим полем

Ультравысокочастотная терапия

Воздействие на организм с лечебно-профилактическими и реабилитационными целями ВЧ электрическим полем называется УВЧ-терапией.

При попадании тела в ВЧ электрическое поле будет наблюдаться одновременное нагревание проводников (электролитов) и диэлектриков в этом поле, интенсивность нагревания их однако будет разной.

Для проводников она определяется формулой:

q E 2 / , где E – эффективная напряжѐнность электрического поля, – удельное сопротивление проводника.

Для диэлектриков:
q E 2	0 tg , где	– циклическая частота колебаний

электрического поля, – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, – угол диэлектрических потерь (угол между током через диэлектрик и его реактивной составляющей; чем больше этот угол, тем больше происходит потерь энергии на нагревание диэлектрика).

Таким образом, с помощью УВЧ-терапии можно нагревать как проводящие, так и диэлектрические ткани, однако из-за того, что при больших частотах поля в нѐм интенсивнее греются диэлектрики, то УВЧ-терапия применятся для нагревания плохо проводящих тканей в организме – кожи, нервной, соединительной, жировой и костной тканей.

161

При УВЧ-терапии электрическое поле подводится к организму больного с помощью двух конденсаторных электродов, соединенных с генератором.

Помимо теплового действия при УВЧ-терапии при небольших интенсивностях оказывается также и осцилляторное воздействие на живую ткань – т.е. наблюдаются колебательные движения молекул в поле. При этом отмечаются следующие эффекты: изменение коллоидного состояния клеток и межклеточной жидкости, усиление дисперсии коллоидов, уменьшение вязкости среды, изменение РН среды и гидратации тканей, активация ионтранспортных систем клеточных мембран, повышение активности некоторых ферментов.

4. Воздействие на биообъекты переменным магнитным полем.

Под действием переменного магнитного поля в проводниках возникают вихревые токи (токи Фуко), которые нагревают проводник. Таким образом, индуктотермия – метод нагревания проводника ВЧ магнитным полем.

Интенсивность нагревания проводника в магнитном поле с амплитудой B определяется по формуле:

	2
q k	B 2 sin 2 t .

Обычно для индуктотермии используется поле с частотой 13.56 МГц, при этом температура ткани повышается на 2-5

С, прогревание происходит до на глубины 8-12 см. Неотъемлемым от теплового является при ВЧ

магнитотерапии и осцилляторный эффект, проявляющийся в физико-химических изменениях в клетках и тканях, субклеточных структурах. Максимальные магнитоиндуцированные механические моменты возникают в жидкокристаллических фосфолипидных структурах мембран и надмолекулярных белковых комплексах. Чем выше интенсивность воздействия, тем осцилляторный эффект проявляется слабее.

162

5. Воздействие на биообъекты электромагнитными волнами.

Воздействие на биообъекты электромагнитными волнами (СВЧ-терапия) проводится с помощью дециметровой (ДМВ) и сантиметровой (СМВ) терапии.

При ДМВ-терапии в странах СНГ используются э/м волны частотой 460 МГц, с длиной волны в 65 см. При СМВ-терапии странах СНГ используются э/м волны с частотой 2375 МГц, с длиной волны в 12.6 см.

При ДМВ- и СМВ-терапии значительная часть энергии излучения поглощается тканями, богатыми водой, что приводит к их нагреву. Кроме того, ДМ волны поглощаются мышцами и внутренними органами, а СМ волны также активно поглощаются кожей и подкожной жировой клетчаткой. На границах разделов тканей могут наблюдаться т.н. стоячие волны, являющиеся результатом сложения отражѐнных и падающих волн. Стоячие волны могут приводить к локальному перегреву нагреваемой ткани.

Глубина проникновения ДМ волн в тело человека составляет в среднем 3-5 см, для СМ – 8-10 см. При СВЧ-терапии наблюдается наиболее равномерный нагрев тканей по сравнению с другими методами ВЧ терапий.

Поглощение э/м волн СВЧ диапазона обусловлено следующими процессами:

релаксацией полярных молекул; ионной проводимостью;

поглощением энергии за счет резонансного механизма, который присущ белкам, гликолипидным, белковым комплексам;

теплообразованием; первичным физико-химическим сдвигам;

ускорением диффузии и обменным процессам; активностью ферментов; изменением клеточной проницаемости.

Как следует из перечисленного, при СВЧ-терапии наблюдается не только тепловое, но и специфическое действие э/м волн на живуюткань.

163

6. Диатермия, дарсонвализация, диатермокоагуляция, диатермотомия

Местная (локальная) дарсонвализация – это воздействие импульсного переменного тока высокой частоты (110 кГц), высокого напряжения (20 кВ) и малой силы тока (0,02 мА) на определенные участки тела. Процедура нетепловая. Специфика действия: высокочастотный ток, подведенный к поверхности тела пациента с помощью полого стеклянного электрода различной формы, вызывает электрический разряд. Для замыкания цепи высокочастотного тока второй электрод не применяется. Механизм действия: при плотно прижатом контакте возникают разряды, вызывающие легкое раздражающее действие. С увеличением величины зазора между электродом и пациентом сила разряда возрастает переходя в искру, оказывающую существенное раздражающее, а иногда и легкое прижигающее воздействие. Во время проведения процедуры образуется незначительное количество озона и окислов азота. При некоторой конфигурации электрода наблюдается тепловой эффект. Основным же эффектом является раздражение рецепторов кожи или слизистой оболочки высокочастотным электрическим разрядом. Медико-биологические проявления:

возникает вазомоторная реакция: расширяются капилляры и артериолы, повышается тонус вен, усиливается кровообращение в артериальном и венозном руслах, улучшается трофика тканей и процессы регенерации. Под влиянием дарсонвализации происходит отчетливое обезболивающее, противовоспалительное, противозудное, спазмолитическое действие.

Ультратонотерапия – метод электролечения ( 22 кГц, 3-5 В,выходная мощность 01 Вт), механизм действия, методика и техника выполнения процедуры имеет много общего с дарсонвализацией, однако подаваемое напряжение значительно ниже, что исключает проявление неприятного ощущения от икрового разряда.

Диатермия – прогревание тканей тела высокочастотным током (1,5-2 МГц) большой величины (до 2 А), проходящим между двумя контактно наложенными на поверхность тела

164

металлическими электродами. Возможность использования теплового эффекта при таких параметрах основана на снижении раздражающего действия переменного тока с повышением его частоты. В основе физиологического эффекта диатермии лежит ее тепловое воздействие. Температура поверхностных тканей в области, подвергаемой воздействию, повышается на 2-3 0 C , незначительно повышается и температура всего тела. Раздражение тепловых рецепторов рефлекторно вызывает расширение сосудов. Под влиянием повышения температуры тканей в них усиливается активность биохимических процессов. Этому способствует активная гиперемия, в результате которой улучшаются кровоснабжение тканей, усиливается приток к ним питательных веществ, а также элементов, играющих роль (фагоциты, лизины и т.п.). Регенерация костной ткани ускоряется. Происходит повышение проницаемости сосудистой стенки. Функции органов и систем усиливаются. Диатермия оказывает выраженное болеутоляющее действие при малой силе тока, обусловленное понижением чувствительности болевых окончаний. Антибактерицидное действие диатермии происходит за счет ослабления жизнедеятельности нетеплостойких микроорганизмов (гоно- и пневмококки) и мобилизации защитных сил организма.

Определим удельное количество выделяющейся теплоты. Расчет количества теплоты, идущего на нагревание ткани, основан на законе Джоуля-Ленца:

Q I 2 Rt .

Преобразуем формулу, считая, что биологическая ткань расположена между двумя плоскими электродами с площадью S, находящимися на расстоянии l. Пусть плотность тока одинакова

во всех точках ткани: j				I	. Учитывая, что сопротивление R		l
				S			S
получаем:
Q I 2 Rt ( j2S2 lt) / S j2 Vt ,
где V			Sl − объем ткани. Следовательно, удельное количество
теплоты определим формулой
q	Q		j2
	Vt
						165

Таким образом, при диатермии удельное количество выделяющейся теплоты пропорционально удельному сопротивлению. При частотных параметрах тока диатермии наибольшим удельным сопротивлением обладает жировая ткань, за нею следуют легкие, сухая кожа, тканевые жидкости, кровь и надкостница. Это приводит к нежелательному распределению тепла по слоям тканей. Кроме того, при контактном наложении электродов непосредственно под ними (кожа, подкожно жировая клетчатка) имеет место повышенная плотность тока, иногда приводящая к ожогам; а в глубоко расположенных тканях пути тока разветвляются, и плотность тока значительно снижается. Преимущественный нагрев поверхностных слоев тканей – существенный недостаток диатермии, ограничивающий возможности ее применения. Хотя применение данного метода в практике в настоящее время исключено, его рассмотрение аргументировано простотой моделирования тепловых эффектов и обоснованием метода электрохирургии.

Электрохирургия. Тепло образующееся в тканях при прохождении через них высокочастотного тока (1,5-2 МГц), используется не только для терапевтических, но и для хирургических целей. Необходимое для электрохирургии

		более	интенсивное
	Рисунок 70. Схема монополярной
		образование тепла в
	электрохирургии а) коагуляция; б) томия
		области	воздействия

обеспечивается применением активного электрода с площадью в 103 104 раз меньшей, чем площадь поверхности второго (пассивного) электрода (т.н. моноактивная методика). Различают два основных вида электрохирургии: сваривание ткани –

электрокоагуляция и рассечение ткани – электротомия (см.

рисунок ).

166

Дециметровая (ДМВ-терапия) – метод электролечения, при котором на ткани организма воздействуют электромагнитным полем сверхвысокой частоты дециметрового диапазона 461,5 МГц и небольшой мощности – до 60 Вт.

При релаксационных колебаниях дипольных молекул воды возникают диэлектрические потери с преобладанием преобразования энергии волн в тепло. При частоте 460 МГц

глубина проникновения в мышечные ткани достигает 9-11 см.
а	б

Кроме того, различные ткани организма хорошо и равномерно поглощают энергию. Толщина кожи, подкожного жирового слоя и поверхности раздела сред организма не влияют на коэффициент отражение волн, поэтому в них не может возникнуть перегрев. Под влиянием ДМВ в тканях организма возникают выраженные местные реакции: повышается местная температура на 1-2 0 C , значительно усиливается микроциркуляция, повышаются ферментативные процессы и обмен веществ.

Крайне-высокочастотная (КВЧ-терапия). Диапазон крайне

–высоких частот от 3 1010 до 3 1011 Гц, что соответствует миллиметровых волн от 10 до 1 мм. Электромагнитное излучение (ЭМИ) нетепловой мощности данного спектрального диапазона оказывает существенное воздействие на любые живые организмы: изменение ферментативной активности, темпов роста и гибели микроорганизмов, защита костно-мозгового кроветворения от воздействия радиации и химических препаратов. Действие ЭМИ носит не энергетический, а информационный характер, причем первичный эффект реализуется на клеточном уровне и связан с биологическими структурами, общими для всех организмов. Обладающие значительным дипольным моментом элементы клеточных мембран (молекулы белков-ферментов) имеют частоты собственных механических колебаний, лежащие в диапазоне (0,5- 5) 1010 Гц.

Основные закономерности воздействия ЭМИ КВЧ сигналов:

1.Острорезонансный характер биологического действия.

2.Эффект насыщения. При фиксированном времени воздействия эффекты наблюдаются при достижении пороговой

167

плотности (10 1 103 Вт/ м2 ), ее дальнейшее увеличение не влияет на характер действия.

3.Эффект запоминания обусловлен длительностью воздействия (от десятков минут до нескольких часов).

4.Зависимость от исходного состояния организма. На текущее функционирование здорового организма однократное облучение КВЧ практически не влияет. Если какая-либо из функций организма нарушена, воздействие когерентных КВЧизлучений можно во многих случаях добиться ее восстановления (тепловым воздействием добиться эффектов, удовлетворяющих этим закономерностям, не удается).

168

УСТРОЙСТВА СЪЕМА И РЕГИСТРАЦИИ МЕДИКОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

1. Общая схема съема, передачи и регистрации медикобиологической информации

Общая структурная схема работы приборов, регистрирующих биопотенциалы, представлена на рисунке 71:

Сигнал	Устройство	Усилитель	Приѐмник	Передатчик	Рег.
					устройство
биосистемы	съѐма

Канал связи

Рисунок 71. Структурная схема работы приборов, регистрирующих биопотенциалы

Устройство съѐма – непосредственно контактирует с биосистемой и воспринимает измеряемый сигнал. Устройства съѐма делятся на:

электроды – проводники специальной формы, непосредственно контактирующие с биологической системой;

датчики (сенсоры) – устройства, преобразующие неэлектрический сигнал в электрический.

Усилитель – устройство, предназначенное для усиления напряжения (биопотенциала) до уровня, на котором, это напряжение (биопотенциал) становится различимым регистрирующим устройством (от десятых милливольта до вольт или десятков вольт).

Приѐмник, передатчик со связывающим их каналом связи,

используются при дистанционных измерениях (телеметрии).

Регистрирующее устройство преобразует электрический сигнал в удобную для восприятия форму, - чаще всего визуальную (график, число, отклонение стрелки, изображение).

2. Электроды для съема биоэлектрического сигнала

169

Как уже упоминалось выше, электроды – это проводники, контактирующие непосредственно с биосистемой, предназначенные для съѐма биопотенциала.

К электродам предъявляются следующие требования: они должны быстро фиксироваться и сниматься, они не должны раздражать ткань, они не должны поляризоваться,

они должны иметь высокую стабильность электрических параметров,

они не должны искажать регистрируемый потенциал и т.д. Структурно схему регистрации БП можно изобразить

следующим образом (см. рисунок 72). На данной схеме r – внутренне сопротивление источника БП (внутренне сопротивление тканей), R – переходное сопротивление (сопротивление границы кожа-электрод), Eбп – регистрируемый биопотенциал, Rвх – входное сопротивление усилителя.

Закон Ома для данной цепи примет вид:

I

Eбп

,

где I – сила тока в цепи. Выразим из этого

r

R Rвх

закона

падение

напряжения

на

входе

усилителя:

R

Uвх

IRвх

Eбп

Ir

IR .

Как

видно из этой формулы, на вход

усилителя

попадает

уменьшенное

значение

Eб

измеряемого

биопотенциала:

оно

уменьшается

за счѐт

Rв

падения

напряжения

на

внутреннем сопротивлении и за

r

счѐт

падения

напряжения

на

границе

кожа-электрод.

Соответственно, единственный

способ избежать существенного

снижения напряжения на входе

Рисунок 72. Общая схема

усилителя, состоит в том, чтобы

регистрации биопотенциалов

максимально

снизить

сопротивление границы кожа-электрод. Для этого используются хорошо проводящие электроды, на поверхность тела наносят

170