ЛЕКЦІЯ 17 ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ, ЩО ВІДБУВАЮТЬСЯ У ТКАНИНАХ ОРГАНІЗМУ ПІД ВПЛИВАМ СТРУМІВ І ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПОЛІВ

ЛЕКЦІЯ 17 ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ, ЩО ВІДБУВАЮТЬСЯ У ТКАНИНАХ ОРГАНІЗМУ ПІД ВПЛИВАМ СТРУМІВ І ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПОЛІВ

1. Дія постійного струму.

2. Дія змінного струму (НЧ, ЗЧ, УЗЧ). Порогові значення.

3. Дія високочастотного струму.

4. Дія магнітних полів.

5. Дія постійного електричного поля.

6. Дія змінного електричного поля (УВЧ).

7. Дія електромагнітних хвиль (НВЧ).

8. Завдання.

Різні види біологічних тканин мають різні електричні властивості. Одні тканини є діелектриками, інші провідниками. До складу організму входять біологічні рідини (електроліти), що містять велика кількістьіонів, які беруть участь у різного родуобмінні процеси. З цих причин властивості біологічних тканин істотно змінюються під впливом струмів та електромагнітних полів.

17.1. Дія постійного струму

Фізіологічна дія постійного електричного струму пов'язана із двома фізичними процесами.

По-перше, постійне електричне полевикликає спрямований рух іонів до полюсів. Що прискорює дію електричних сил протидіють сили опору, що виникають при зіткненні іонів з іншими частинками. В результаті встановлюється деяка середня швидкість переміщення іонів, яка, як показує досвід, пропорційна напруженості електричного поля в цьому місці:

Коефіцієнт пропорційності b називається рухливістю іона.

Рухливість іоначисельно дорівнює середній швидкості його переміщення у цьому середовищі при напруженості поля 1 У/м.

Зазвичай використовують позасистемну одиницю рухливості – см/год.

Величина рухливостізалежить від виду іона та середовища, в якому він рухається. Наведемо значення рухливості деяких іонів у водному середовищі:

Відмінності в рухливості іонів призводять до їхнього поділу, зміни концентрацій, а також до утворення місцевих просторових зарядів.

По-друге, постійне електричне поле надає орієнтуючу дію на дипольні молекули і викликає електронну поляризацію молекул, які не мають дипольного моменту. В результаті змінюється вміст іонів у компартментах різних тканин.

Ці електрокінетичні процеси визначають фізіологічну реакціюорганізму на постійний струм.

Вплив постійним електричним струмомті чи інші області тіла людини здійснюється за допомогою електродів, накладених на відповідні ділянки поверхні тіла.

На електродах, якими до пацієнта підводиться струм, відбувається виділення речовин, серед яких є й хімічно активні. Для запобігання хімічному опіку підлягають тканин електроди накладаються через вологі прокладки.

Фізіологічний ефект, що виробляється постійним струмом, залежить від його щільності та часу дії. Для запобігання іонному дисбалансу тканин тривалість процедур із застосуванням постійного струму зазвичай не перевищує 20-30 хвилин.

Усі апарати для проведення лікувальних процедур постійним струмом мають на передній панелі міліамперметр та ручку потенціометра для встановлення необхідного значення сили струму.

До основних фізіотерапевтичних процедур, що використовують постійний струм, відносяться гальванізація та електрофорез.

Гальванізація- лікувальний впливна організм постійним електричним струмом невисокої напруги і не великої сили.

Назва методу пов'язана із застарілою назвою постійного струму – «гальванічний струм».

При гальванізації різних ділянок тіла використовують такі струми:

Внаслідок гальванізації у тканинах активізуються системи регуляції локального кровотоку. Відбувається розширення просвіту дермальних судин та виникає гіперемія шкірних покривів. Розширення капілярів і підвищення проникності їх стінок відбувається у місці накладання електродів, а й у глибоко розташованих тканинах.

Електрофорез- Вступ лікарської речовиничерез шкіру чи слизові оболонки за допомогою постійного струму.

Для цього під відповідний електрод кладуть прокладки, змочені лікарським засобом. Ліки вводять з того полюса, зарядом якого мають його іони. Через катод вводять аніони (йод, гепарин, бром), а через анод – катіони (Na, Ca, новокаїн).

Електрофорез - Досить тривала процедура, що пов'язано з низькою рухливістю іонів. Супутнім ефектом цієї процедури є гальванізація.

Розташування електродів на тілі пацієнта та тривалість процедури визначаються місцем залягання тканини, на яку чиниться лікувальна дія.

17.2. Дія змінного струму (НЧ, ЗЧ, УЗО). Порогові значення

Змінний струм провідності є коливальними рухами іонів.

Дія, що чинить на організм змінний (синусоїдальний) струм, залежить від частоти та амплітуди струму. У медицині прийнято таку класифікацію частот змінного струму.

Як і постійний струм, змінний струм має на тканині організму подразнюючу дію. Порушення нервової та м'язової тканин постійним або змінним струмом (ν нижче 100 кГц) може стати причиною електротравми. Процеси збудження у ритмі, не властивому організму, порушують нормальну життєдіяльність. Особливо небезпечні такі порушення у серці, дихальній мускулатурі, центральній нервовій системі. Найбільшу небезпеку становлять частоти 30-300 Гц. Слід розуміти, що вражаюча дія змінного струму визначається не напругою, а зарядом, що проходить половину періоду. Це пов'язано з тим, що в основі дії струму на тканині лежить їхня поляризація, ступінь якої пропорційна величині минулого заряду.Ось чому для струмів високої частоти (напівперіод дуже малий) вражаюча дія не настає навіть при струмах в десятки амперів.У той час як струм частоти 50 Гц може спричинити загибель людини при силі 0,1 А.

З струмами НЧ- і ЗЧ-діапазонів лікар зустрічається не тільки як з фактором, що травмує. Їх застосовують для електродіагностики та електростимуляції біологічних систем. Як правило, у цих цілях використовують не синусоїдальні, а імпульсні струми.

Порогові значення струму

Ми знаємо (лекція 3), що сприйняття звуку характеризується двома пороговими значеннями – порогом чутності та порогом больового відчуття. Аналогічні величини використовуються і для змінного струму НЧ та ЗЧ-діапазонів.

Поріг відчутного струму- Мінімальна сила струму, дратівливу дію якого відчуває «середня» людина.

Реакція людини на струм визначається як його силою і частотою, а й областю, якою струм проходить. Залежність порога відчутного струму на ділянці «передпліччя – пензель» для середнього чоловіка показано на рис. 17.1 (крива 1). Для частоти

Рис. 17.1.Залежність середнього значення порога відчутного струму (1) і порога струму, що не відпускає (2) від частоти

50 Гц (промисловий струм) ця величина становить приблизно 1 мА.

Промисловий струм 3 мА викликає легке поколюванняу пальцях, що торкаються провідника. Струм 3-5 мА викликає дратівливе відчуття у всьому кисті руки. Струм 8-10 мА призводить до мимовільного скороченням'язів кисті та передпліччя. При струмі близько 15 мА мимовільні м'язові скорочення набувають такої сили, що людина не в змозі розтиснути кисть, що тримає провідник.

Поріг струму, що не відпускає -мінімальна сила струму, що викликає у «середньої» людини таке згинання суглобів, у якому людина неспроможна самостійно звільнитися від провідника - джерела напруги.

Залежність порога струму, що не відпускає, для середнього чоловіка показана на рис. 17.1 (крива 2). У дітей та жінок порогові значення зазвичай нижчі.

Перевищення порога струму, що не відпускає, може бути згубним для людини (параліч дихальних м'язів, фібриляція серця).

17.3. Дія високочастотного струму

На частотах понад 100 кГц дратівлива дія змінного струму повністю припиняється. Це пов'язано насамперед із тим, що у таких частотах воротні процеси іонних каналів не встигають

спрацьовувати та внутрішньоклітинний склад не змінюється. Основним первинним ефектом у цьому випадку є тепловий вплив.(Постійний струм, струми НЧ та ЗЧ для нагрівання тканин непридатні, тому що їх використання при великих значенняхможе призвести до електролізу та руйнування).

Питома теплова потужність, що виділяється в тканинах, визначається за формулою (10.10): q = j 2 p де ρ - питомий опіртканини, а j - густина струму в ній. Сила струму, отже, і його щільність, залежить від імпедансутканини, яка, у свою чергу, залежить від частоти (див. лекцію 15). Тому підбором частоти струму можна досягти селективного теплового на тканини потрібного виду.

Перевагилікувального прогрівання ВЧ-струмами перед звичайною грілкою очевидні:

Теплота виділяється у внутрішніх частинах організму, а чи не надходить через шкірні покриви;

Підбором відповідної частоти можна здійснювати вибірковий вплив на потрібний виглядтканини;

Кількість теплоти, що виділяється, можна дозувати, регулюючи вихідну потужність генератора.

Використання високочастотних струмів у медицині

Прогрівання тканин високочастотними струмами використовують у наступних фізіотерапевтичних процедурах.

Діатермія- метод електролікування, що полягає в місцевому впливуна організм змінним струмом високої частоти та великої сили, що призводить до підвищення температури тканин.

При діатермії застосовують струм частоти 1-2 МГц і сили 1-1,5 А. Свинцеві електроди накладають на тіло пацієнта так, щоб ділянка, що прогрівається, знаходилася між ними. Величина напруги 100-150 В. Щільність струму визначається площею електродів та загальним опором тканини між ними. Сильніше нагріваються тканини з більшим питомим опором (шкіра, жир, м'язи). Найменше нагріваються органи, багаті кров'ю або лімфою (легкі, печінка, лімфовузли).

Недолік діатермії - непродуктивне виділення теплоти у шарі шкіри та підшкірній клітковині.

Місцева дарсонвалізація -метод електролікування, що полягає у місцевому впливі на організм слабким імпульсним струмом високої частоти та високої напруги.

При дарсонвалізації застосовують струм частотою 100-400 кГц та напругою в десятки кВ. При цьому до тіла пацієнта прикладається лише один скляний електрод, наповнений графітом (рис. 17.2).

Рис. 17.2.Дарсонвалізація особи (а), ясен (б)

Графіт, скло та поверхня тіла, до якої прикладено електрод, утворюють конденсатор С1 (рис. 17.3). Другий електрод знаходиться усередині корпусу приладу. Цей електрод, тіло пацієнта і шар повітря, що знаходиться між ними, утворюють конденсатор С 2 . Електрична схема підключення показано на рис. 17.3. Вона включає два конденсатори і резистор R, що зображує опір ділянки, що прогрівається.

Рис. 17.3. Електрична схема дарсонвалізації

При частоті 100-400 кГц імпеданс ланцюга забезпечує силу струму ланцюга I = 10-15 мА. У повітряному проміжку між електродом Е та поверхнею тіла виникає електричний розряд, який

стимулює в шкірі позитивні для неї фізіологічні процеси та викликає деструкцію оболонок мікроорганізмів.

Струми високої частоти використовуються і в хірургічних цілях.

Діатермокоагуляція- Припікання, «зварювання» тканини. При цьому застосовується струм щільністю 6-10 мА/мм 2 в результаті чого температура тканини підвищується і тканина коагулює.

Діатермотомія- розтин тканин за допомогою електрода у формі леза, який дає вузький рівний розріз без капілярної кровотечі. У цьому щільність струму становить 40 мА/мм 2 .

Електрохірургічна дія супроводжується меншими крововтратами.

17.4. Дія магнітних полів

Магнітне поле надає силовий вплив на заряджені частинки (іони), що рухаються, і орієнтує вплив на частинки, що володіють магнітним моментом. Змінне магнітне поле створює в провідних тканинах струми Фуко, які мають як теплову, так і подразнювальну дію. З цими фізичними ефектами пов'язані різноманітні біологічні ефекти. Умовно їх поділяють на тепловіта нетеплові.

Магнітні поля, що використовуються в медицині, створюються постійними магнітами або котушками-соленоїдами, які називають індукторами.Під час проведення терапевтичних процедур із використанням магнітного поля пацієнт не має контакту з провідниками, що знаходяться під напругою. Тому ці процедури є електробезпечними.

Постійне магнітне поле

Постійна магнітотерапія- лікувальне використаннянетеплових ефектів постійного магнітного поля.

Постійні магнітні поля з індукцією 1-50 мТл викликають перебудову рідкокристалічних структур біологічних мембран, що суттєво змінює проникність ліпідного бислоя і призводить до посилення метаболічної та ферментативної активності клітин. У цитоплазмі такі поля індукують фазові гель-золь переходи. Вплив постійного магнітного поля на кров та

Рис. 17.4.Пояс радикулітний

лімфу може суттєво змінювати їхню в'язкість та інші фізико-хімічні властивості. Разом з тим слід наголосити, що фізична природа впливу постійного магнітного поля на біологічні об'єкти вивчена слабо.

В даний час з лікувальною метоювикористовують пристрої кількох типів.

1. Магнітоеласти, виготовлені із суміші полімерної речовини з порошкоподібним феромагнітним наповнювачем (має безліч локальних магнітних полюсів). Набори еластичних магнітів у корсеті створюють основу різних радикулітних поясів (рис. 17.4). Магнітна індукція 8-16 мТл.

2. Магніти кільцеві, пластинчасті, дискові. Магнітна індукція 60-130 мТл.

3. Мікромагніти – намагнічені голки, кульки, кліпси (для магнітопунктури). Магнітна індукція 60-100 мТл.

4. Пластинчасті магніти використовують як браслетів, що носяться на зап'ястя пацієнта. Магнітна індукція 20-70 мТл.

Змінне магнітне поле

Лікувальна дія змінного магнітного поля пов'язана як з тепловими, так і з нетепловими ефектами струмів Фуко, які виникають у провідному середовищі при зміні магнітного поля.

Імпульсна магнітотерапія- лікувальне застосуванняімпульсного магнітного поля при невисокій частоті проходження імпульсів (0,125-1000 імп/с).

Тут використовуються нетеплові ефекти. Токи Фуко значної щільності здатні викликати збудження волокон периферичних нервівта ритмічні скорочення міофібрил скелетної мускулатури, гладких м'язів судин та внутрішніх органів. Вихрові струми низької частоти здатні блокувати аферентну імпульсацію з болючого вогнища (купування больового синдрому).

На малюнку 17.5 показано лікувальну дію імпульсного поля на нижню кінцівку, Вміщену всередину блоку соленоїдів. Тут використовують поле із частотою 10 імп/с та індукцією 30 мТл.

Рис. 17.5.Розташування індуктора при низькочастотній магнітотерапії нижньої кінцівки

Високочастотна магнітотерапія- лікувальне застосування магнітної складової гармонійного електромагнітного полявисокої частоти (застаріла назва цього методу - індуктотермія).

В результаті явища електромагнітної індукції (як і у разі імпульсного магнітного поля) у провідних тканинах утворюються вихрові струми Фуко, що нагрівають об'єкт. Для гармонійного магнітного поля щільність струмів Фуко є пропорційною його частоті (ν). Виражений тепловий ефект починає проявлятись на частотах близько 10 МГц. Кількість теплоти, що виділяється за одиницю часу в одиниці обсягу провідника, визначається за формулою

Тут ρ - питомий опір тканини. Коефіцієнт пропорційності k залежить від геометричних характеристик ділянки, що прогрівається.

На відміну від методів лікування високочастотними струмами, основний тепловий вплив даному випадкувиявляється на тканини з малим питомим опором. Тому сильніше нагріваються тканини, багаті на судини, наприклад м'язи. Найменше нагріваються такі тканини, як жир.

Для формування змінного магнітного поля використовують індуктори-соленоїди (рис. 17.6).

Рис. 17.6.Схема впливу змінним магнітним полем

Для проведення фізіотерапевтичних процедур використовують змінні магнітні поля із частотою 10-15 МГц. При цьому використовують кабельні індуктори. різної форми(рис. 17.7): а - плоска поздовжня петля (частіше на спині); б – плоска кругла спіраль (на тулуб); в – циліндрична спіраль (на кінцівках).

В результаті виділення теплоти відбувається рівномірне локальне нагрівання опромінюваної тканини на 2-4 градуси на глибину 8-12 см, а також підвищення температури тіла пацієнта на 0,3-0,9 градуса.

В процесі високочастотної магнітотерапії проявляється і нетепловий ефект: вихрові струми викликають зміну характеру взаємодії власних магнітних полів заряджених частинок у тканині, але докладно цей механізм тут не розуміється.

Рис. 17.7.Способи накладання індуктора кабелю при різних методикахвисокочастотної магнітотерапії:

а - плоска поздовжня петля, б - плоска кругла спіраль, - циліндрична спіраль

17.5. Дія постійного електричного поля

Найстарішим серед методів електролікування, що використовуються в даний час, є франклінізація- Лікувальна дія постійним електричним полем високої напруженості.

Для формування електричного поля використовують електроди різної форми з голками на кінцях. У процедурах загальної франклінізації (рис. 17.8, а- електростатичний душ)напруженість електричного поля у голови пацієнта сягає 90 кВ/м. Напруженість електричного поля всередині тіла людини становить близько 10 мВ/м. У провідних тканинах виникають слабкі струми, що змінюють функціональні властивості провідних тканин. нервових шляхіві суттєво обмежують потік аферентної імпульсації до вищележачих відділів центральної нервової системищо призводить до посилення гальмівних процесіву корі та підкіркових центрах. В результаті у хворого знижується артеріальний тиск, уріджується частота дихання та збільшується його глибина, зменшується стомлюваність та підвищується працездатність.

При місцевій франклінізації (рис. 17.8 б) впливу електричного поля піддаються окремі ділянки тіла.

Рис. 17.8.Загальна (а) та місцева (б) франклінізація

Рис. 17.9.Аероіонізатор системи А.Л. Чижевського з головним електродом (а), електрод для загальної аероіонізації (б)

Дія місцевої франклінізації посилюється при впливі електричного поля на голки, введені біологічно активні точки - акупунктурна франклінізація.

Для проведення групових процедур франклінізації застосовують високовольтний генератор - електроефлювіальну лампу Чижевського(Аероіонізатор). Ця система призначена для отримання іонізованого повітря, зокрема іонів кисню (озону), які мають біологічну дію. Аероіонізатор системи А.Л. Чижевського (рис. 17.9) подає високу постійну напругу на «електроефлювіальну люстру», з великою кількістю гострих закінчень - голок.

У цьому випадку між електродом та тілом людини виникає коронний розряд, відбувається іонізація молекул повітря, формується потік аеронів та озону (електроефлювія). Впливу аероіонами піддаються обличчя, комірна зона, верхні дихальні шляхи.

17.6. Дія змінного електричного поля

(УВЧ)

Змінне електромагнітне поле викликає коливальний рухіонів (змінний струм) та крутильні коливаннядипольних молекул. Ці процеси супроводжуються виділенням теплоти.

Вплив поля УВЧна провідник

Питома теплова потужність, що виділяється у провіднику внаслідок коливального руху іонів, визначається формулою

де Е - напруженість електричного поля всередині речовини, ρ - Питомий опір речовини.

Ця формула непридатна для безпосередніх обчислень, оскільки до неї входить напруженість Е електричного поля всередині речовини. Ця величина розраховується досить складно (див. задачу 1). На тих частотах, які використовуються в медичних процедур(УВЧ), питома теплова потужність визначається формулою

де U - чинне значення напруги на електродах, що створюють змінне електричне поле, k - деякий геометричний коефіцієнт(Див. Завдання 2).

Вплив поля УВЧ на діелектрик

Призводить до виділення теплоти (діелектричні втрати).

Кількість теплоти, що виділилася, залежить від кута δ, який коливання молекул відстають по фазі від коливань напруженості поля. Кут δ називається кутом діелектричних втрат.

Питома теплова потужність, що виділяється внаслідок діелектричних втрат, визначається співвідношенням

Тут ε - Діелектрична проникність речовини; Е - значення напруженості поля в діелектриці, що діє.

Розмір тангенса кута діелектричних втрат визначається природою діелектрика і від частоти. В областях α-, β-, γ -Дисперсії (див. розділ 15.6) ця величина зазнає різких змін.

Застосування змінного електромагнітного поля в медицині

Одним із найпоширеніших методів високочастотної терапії є вплив високочастотним електричним полем УВЧ.

Ультрависокочастотна (УВЧ) терапія- Лікувальне використання електричної складової змінного електромагнітного поля ультрависокої частоти.

Для проведення лікувальної процедуриділянка тіла, на яку впливає, поміщається між двома електродами, які є виносними пластинами конденсатора, що входить в електричну схему апарату УВЧ. На ці пластини подається змінна напруга, що генерується, і між ними виникає змінне електричне поле, що надає лікувальну дію (рис. 17.10).

Способи накладання електродів показано на рис. 17.11

Нагрівання органів та тканин під дією електричного поля УВЧ викликає стійку, тривалу та глибоку гіперемію тканин у зоні впливу. Особливо сильно розширюються капіляри, діаметр яких збільшується у кілька разів. Під впливом УВЧ-поля суттєво прискорюється і регіональна лімфодинаміка, підвищується проникність ендотелію та інших тканинних бар'єрів.

Апарати для УВЧ-терапії використовують частоти 40 та 27 МГц. Остання частота є міжнародною. Їй відповідає довжина хвилі 11 м-коду.

Рис. 17.10.Схема дії полем УВЧ

Рис. 17.11.Способи накладання електродів:

а- Поперечний, б-Поздовжній, в -тангенціальний

17.7. Дія електромагнітних хвиль (НВЧ)

На частотах, які використовує УВЧ-терапія, діелектричні тканини організму нагріваються інтенсивніше за провідні. При збільшенні частоти електромагнітного поля цей порядок змінюється: більше виділення тепла відбувається в органах і тканинах, багатих на воду (кров, лімфа, м'язова тканина, паренхіматозні органи). Це з зменшенням тангенса кута діелектричних втрат у разі підвищення частоти.

Для терапевтичного впливу на провідні тканини використовують хвилі дециметрового та сантиметрового діапазонів (НВЧ-терапія). Вплив здійснюється шляхом опромінення поверхні відповідної ділянки тіла спрямованим потоком хвиль, який утворюється за допомогою спеціального випромінювача, що називається хвилеводом.

Механізми виділення теплоти при НВЧ- та УВЧ-терапії однакові. Розрізняються лише структури, куди надається переважне вплив. Питома теплова потужність, що виділяється у тканинах, обчислюється за формулою

де I - інтенсивність хвилі, а k - деякий коефіцієнт, що залежить від властивостей тканини.

Дециметрова терапія (ДЦВ-терапія)- Лікувальне використання електромагнітних хвиль дециметрового діапазону (частота - 460 МГц, довжина хвилі - 65,2 см). Під впливом цього фактора у тканинах організму виникають орієнтаційні коливання дипольних молекул пов'язаної води,а також бічних груп білківі гліколіпідівплазмолеми. Ці коливання відбуваються у в'язкому середовищі цитозолю та супроводжуються виділенням теплоти.

Мікрохвильова (сантиметрова) терапіялікувальне використання електромагнітних хвиль сантиметрового діапазону (частота – 2375 МГц, довжина хвилі – 12,6 см). У первинній дії дециметрових та сантиметрових хвиль важливих відмінностейні. Водночас суттєве зменшення довжини хвилі призводить до збільшення частки релаксаційних коливань молекул вільної неструктурованої води, бічних ланцюгів фосфоліпідів та амінокислот.

Процедури НВЧ-терапії здійснюються за двома основними методиками.

Дистантна методика- опромінення електромагнітними хвилями здійснюється дистанційно, у своїй відстань між випромінювачем і біологічним об'єктом вбирається у 5 див. У разі від поверхні відбиватися енергія хвилі (у деяких випадках до 70-80 %).

Контактна методика- Випромінювач хвиль розміщується безпосередньо на тілі хворого або вводиться всередину.

При будь-якому методі лікування необхідно суворо дозувати вплив вихідної потужності, що генерується випромінювачем.

Тлубина проникнення електромагнітних хвиль у біологічні тканини залежить від можливості цих тканин поглинати енергію хвилі. Сантиметрові хвилі проникають у м'язи, шкіру на глибину до 2 см, жирову тканину, Кістки - близько 10 см. Дециметрові хвилі проникають на глибину в 2 рази більшу.

Порівняння впливів низькочастотного та високочастотного полів (струмів) представлено нижче в таблиці.

17.8. Завдання

1. Вивести формулу для обчислення питомої теплової потужності у провіднику, який поміщений у змінне електричне поле. Розглянути таку модель: електричне поле створюється двома пластинами площі S, підключеними до полюсів високочастотного генератора з напругою U, що діє, і круговою частотою ω. Відстань між пластинами l<< размеров пластин. Между пластинами помещен проводник с удельным сопротивлением ρ толщиной h, форма и размеры которого совпадают с формой и размерами пластин. Проводник расположен симметрично пластинам.

Рішення

У прикладній літературі для обчислення питомої теплової потужності наводиться формула: q = E 2 /p де Е - напруженість електричного поля всередині провідника. Ця формула, будучи фізично правильною, як непридатна для розрахунків, а й породжує серйозні помилки. Наприклад, ця формула не містить частоти ω, і складається враження, що q не залежить від частоти. p align="justify"> Далі, питомий опір ρ стоїть у знаменнику, хоча насправді при частотах УВЧ-терапії він повинен стояти в чисельнику.

Причина таких невідповідностей полягає в тому, що напруження Е, що входить до цієї формули, не є задаєтьсявеличиною. Заданими величинами є: напруга U, відстань між електродами l,товщина провідника h та його питомий опір ρ. Величина напруженості електричного поля всередині провідника залежить досить складним чином. Отримаємо коректну формулу для розрахунку питомої теплової потужності.

На малюнку зображено електричну схему і виконано розрахунок імпедансу (З 0 - повітряний конденсатор). Діюче значення струму в ланцюгу і теплова потужність, що виділяється, рівні:

Покажемо, що ця формула збігається із формулою q = E 2 /p. Справді, падіння напруги на провіднику та напруженість поля в ньому відповідно дорівнюють:

на низькихчастотах, коли ємнісний опір значно більший за активний опір, виходить наступне наближення:

2. Визначити, за якою формулою слід обчислювати питому теплову потужність струму провідності, що виділяється в м'язовій тканині при прогріванні УВЧ м'язової тканини. Використовувати результати попередньої задачі з такими значеннями:

ν = 40 МГц, l= 15 см, h = 10 см, = 1,5 Ом-м.

3. Отримати формулу для розрахунку питомої теплової потужності, що виділяється в діелектриці, якщо в задачі 1 замінити провідну пластину на діелектричну з проникністю ε.

Виконавши очевидні розрахунки, знайдемо

4. Якою ємністю повинен мати терапевтичний контур апаратів для УВЧ-терапії та індуктотермії, якщо їх резонансні частоти та індуктивності рівні відповідно:

5. У мікрохвильовій терапії використовуються електромагнітні хвилі в дециметровому діапазоні 1 = 65 см і сантиметровому діапазоні 2 = 12,6 см. Визначити відповідні частоти.

Відповідь:ν 1 = 460 МГц; ν 2 = 2375 МГц.

6. Терапевтичний контур апарату УВЧ, що працює на частоті 40,68 МГц, складається з котушки індуктивності 0,17 мкГн і конденсатора змінної ємності П = 10-80 пФ, зашунтованого конденсатором С 0 = 48 пФ. При якій ємності змінного конденсатора терапевтичний контур буде налаштовано на резонанс з анодним контуром?

Ультрависокочастотна терапія – метод лікування змінним електромагнітним полем у частотному діапазоні від 30 до 3000 МГц. При УВЧ-терапії лікувальний ефект досягається за рахунок впливу на органи та тканини організму електричної складової змінного електромагнітного поля. Для цього орган, на який впливає, поміщається між пластинами конденсатора коливального контуру генератора змінного електромагнітного поля (рис.2).

Електричне поле ультрависокої частоти має високу проникаючу здатність, яка залежить від діелектричних властивостей тканин організму. Під дією змінного електричного поля відбуваються коливання іонів, зміщення електронних оболонок та атомних груп у межах молекул (явище електронної та атомної поляризації), виникає також орієнтаційна чи дипольна поляризація у полярних молекулах, що мають власний дипольний момент.

Поглинена енергія поля УВЧ перетворюється головним чином тепло (тепловий ефект дії поля).

Кількість теплоти, що виділяється в тканинах:

де q1 – кількість теплоти, що виділяється в електроліті, а q2 – кількість теплоти, що виділяється в діелектриці.

де - Е - ефективне значення напруженості електричного поля, r - питомий опір електроліту.

q2 = w Е 2 ee 0 tgd

де w – кругова частотних коливань, e – відносна діелектрична проникність діелектрика, e 0 – електрична постійна, d – кут діелектричних втрат.

Найбільше тепла при дії поля УВЧ утворюється в підшкірній клітковині, менше у м'язах, шкірі, нервової тканини, крові та лімфі, тобто. у тканинах які є діелектриками, мають електроізоляційні властивості, виділяється найбільша кількість тепла.

Реакція організмуна дію поля УВЧ обумовлені функціональними та біохімічними зрушеннями, що виникають у відповідь на нагрівання тканин та подразнення терморецепторів. Електричне поле УВЧ знімає чутливість больових рецепторів, це зумовлює болезаспокійливу дію. В осередку запалення посилюється кровообіг, зменшується запальний набряк, стимулюється фагоцитоз.

Використовується УВЧ-терапіяпри гострих гнійних інфекціях – фурункул, карбункул, панарицій, гострих запальних процесах – у легенях, бронхах, жовчному міхурі, при захворюваннях опорно-рухового апарату, нервової системи – невроми, наслідки травми спинного мозку, захворювань периферичних судин – ендоартерії.

Кінець роботи -

Ця тема належить розділу:

Методичний посібник до лабораторних робіт з медичної та біологічної фізики для студентів першого курсу

Професійної освіти тюменська державна медична академія міністерства охорони здоров'я та соціального розвитку російської.. гбоу впо тюмгма минздравасоцразвития Росії кафедра.. схематичне зображення електричного поля серця

Якщо Вам потрібний додатковий матеріал на цю тему, або Ви не знайшли те, що шукали, рекомендуємо скористатися пошуком по нашій базі робіт:

Що робитимемо з отриманим матеріалом:

Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:

Твітнути

Всі теми цього розділу:

Електрокардіографічні відведення
Для реєстрації електричної активності серцевого м'яза необхідно відвести різницю потенціалів із поверхні тіла людини. Для цієї мети використовуються електроди – металеві пл.

Реєструючі пристрої
Посилений сигнал з виходу підсилювача надходить на реєструючий пристрій

Хід роботи
Підготовка до роботи: 1. Перевірити, чи заземлений електрокардіограф.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2.5
Тема: Вивчення статистичних методів обробки дослідних даних. Значення теми в системі знань лікаря: Працівники охорони здоров'я постачають основну масу

Проведення статистичної обробки результатів дослідження
Розглянемо коротку схему обробки отриманої цифрової інформації. Наприклад, дослідник провів вивчення якихось показників у здорових людей та хворих. Що робити з цими цифрами далі?

Нормальний закон розподілу
Результати, отримані при вимірі тієї чи іншої величини, не можна прийняти через ряд випадковостей за достовірні (дійсні значення вимірюваних величин). Тоді доводиться говорити про імовірність

Перевірка розподілу емпіричних даних на нормальний закон розподілу
Нормальний розподіл випадкової величини зустрічається у природі дуже часто. У зв'язку з цим за відсутності підстав припускати, що випадкова величина розподілена не нормально, насамперед

Отримання статистичного матеріалу
Визначення часу повного серцевого скорочення електрокардіограмою.

Хід роботи
Вправа 1.Вимірювання тривалості повних серцевих скорочень (SR-R). 1) Досліджуючи 30 інтервалів зубців R-R, на

Вивчення пристрою та роботи апарату для УВЧ-терапії
Мета роботи: Ознайомлення із принципом дії апарату для УВЧ-терапії; дослідження просторового розподілу електричного поля УВЧ, а також дослідження

Фізіотерапія
Вплив змінним електромагнітним полем на організм людини для досягнення лікувального ефекту слід віднести до методів фізіотерапії (грецьке physics-природа + therapy-лікування).

Індуктотермія
Індуктотермія (лат. Inductio-наведення + грецька therme-теплота) – метод електролікування, при якому на тканині організму впливають змінним електромагнітним полем високої частоти (13,56 МГц).

Конструктивні особливості апаратів для УВЧ – терапії та індуктотермії
Основним функціональним блоком зазначених апаратів є двотактний генератор ламп змінного електромагнітного поля. Електромагнітні коливання виникають у коливанні

Явище заломлення світла. Закон Снелля
При переході світла через межу поділу двох середовищ, швидкість поширення світла, у яких різна, відбувається зміна його напрямку. Це явище називається заломленням або рефр

Граничні кути заломлення та повного відображення
При переході світла з середовища з меншим показником заломлення (оптично менш щільне середовище) в середовище

Природне та поляризоване світло
Світло – це електромагнітні хвилі, рівняння яких має вигляд: де

Поляризатор та аналізатор
Пристрій, що дозволяє одержувати поляризоване світло з природного, називають поляризатором. Він пропускає лише складові вектора

Закон Малюса
Нехай коливання вектора поляризованої світлової хвилі відбуваються в площині, що становить кут j

Обертання площини поляризації
Явище обертання поверхні поляризації полягає в повороті поверхні поляризації поляризованого світла при проходженні через речовину. Речовини, які мають таку властивість, називають оптично

Пристрій та принцип роботи поляриметра
Принципова схема поляриметра:

Влаштування та робота складових частин приладу
Складові частини приладу (рис.4): 1 – кронштейн 2 – сполучна трубка

Поглинання світла речовиною
При пропущенні світла через шар речовини його інтенсивність зменшується. Інтенсивність зменшується внаслідок взаємодії світлової хвилі з електронами речовини, внаслідок чого частина світлової

Коефіцієнт пропускання, оптична щільність
Відношення інтенсивності світла, що пройшло крізь це тіло або розчин до інтенсивності світла, що падає на тіло, називається коефіцієнтом пропускання:

Пристрій та принцип роботи фотоелектроколориметра
Фотоелектроколориметр ФЕК служить визначення концентрацій пофарбованих розчинів по поглинанню світла цими розчинами.

Використання концентраційної колориметрії у медицині
Метод концентраційної колориметрії широко застосовується у медицині. Фотоелектроколориметр використовується у клініко-біохімічних дослідженнях. Колориметр дозволяє проводити вимірювання коефіцієнтів

УВЧ-терапія (ультрависокочастотна терапія) -лікувальне використання електричної складової змінного магнітного поля високої та ультрависокої частоти.

Механізм дії УВЧ-терапії:

• осциляторний ефект, який характеризується зміною біологічної структури клітин на фізико-хімічному та молекулярному рівні;
• тепловий ефект, що призводить до нагрівання тканин організму шляхом перетворення ультрависоких частот електромагнітного поля на теплову енергію.

У УВЧ-терапії застосовують такі діапазони електромагнітних коливань:

• 40,68 МГц (на даному діапазоні працює більша частина УВЧ-апаратів у Росії та країнах СНД);
• 27,12 МГц (цей діапазон найчастіше застосовується у країнах).

Частота електромагнітних коливань буває двох типів:

• безперервне коливання, у якому відбувається безперервний електромагнітний вплив на уражену область;
• імпульсне коливання, при якому проводиться серія імпульсів, тривалість дії яких становить від двох до восьми мілісекунд.

Існують такі методики встановлення електродів:

• поперечний спосіб;
• поздовжній спосіб.

Залежно від наявного захворювання та показань лікаря при УВЧ застосовуються різні дози відчуття тепла.

Залежно від дози впливу полів УВЧ в організмі людини можуть спостерігатися такі зміни:

• збільшення фагоцитарної активності лейкоцитів;
• зниження ексудації ( виділення рідини у тканині при запальних процесах);
• активізація діяльності фібробластів ( клітини, що утворюють сполучну тканину в людському організмі);
• збільшення проникності стін судин;
• стимуляція у тканинах обмінних процесів.

Перевага УВЧ-терапії полягає в тому, що її застосування можливе при гострих запальних процесах і свіжих переломах. Зазвичай ці порушення є протипоказанням до проведення різних фізіотерапевтичних методів лікування. Як правило, тривалість процедури УВЧ-терапії для дорослого становить від 10 до 15 хвилин. У середньому курс лікування включає проведення від п'яти до п'ятнадцяти процедур, які, як правило, проводяться щодня або через день.

Особливості проведення УВЧ новонародженим та дітям:

• УВЧ-терапія може застосовуватися лише за кілька днів після народження дитини;
• використовується слаботермічне дозування;
• застосовуються апарати із слабкою потужністю; так дітям до семи років показано потужність трохи більше тридцяти ват, а дітям шкільного віку – трохи більше сорока ват;
• дітям до п'яти років електроди прибинтовуються до необхідної області, а замість повітряного зазору між платівкою та шкірою вставляється спеціальна бинтова прокладка (щоб уникнути появи опіків);
• УВЧ-терапія застосовується не більше двох разів на рік;
• рекомендується проводити в середньому від п'яти до восьми лікувальних процедур (трохи більше дванадцяти).

Тривалість проведення УВЧ процедури залежить від віку дитини

УВЧ є одним із методів фізіотерапії, який можна застосовувати при запальних захворюваннях, що знаходяться в активній фазі. У період запального процесу дома ураження внаслідок накопичення клітин крові і лімфи утворюється запальний інфільтрат, який під впливом УВЧ може розсмоктатися. Під час проведення процедури в дію збільшується насичення іонів кальцію, що веде до утворення сполучної тканини навколо запального вогнища та перешкоджає подальшому поширенню інфекції. Однак слід зауважити, що даний метод лікування застосовується лише у тих випадках, коли є умови для стікання гнійного вмісту з ураженої ділянки.

Найменування системи	Найменування захворювання	Механізм дії УВЧ
Захворювання дихальної системи та ЛОР-органів	бронхіт; пневмонія; плеврит; бронхоектатична хвороба; бронхіальна астма; риніт; ангіна; гайморит; фронтит; ларингіт; тонзиліт; отит.	За наявності інфекційних процесів (наприклад, пневмонія, ангіна, отит) справляє пригнічуючу дію на життєдіяльність мікроорганізмів. Чинить знеболювальну та імунозміцнювальну дію. Створюються сприятливі умови загоєння уражених тканин, і навіть знижується ризик розвитку ускладнень.
Захворювання серцево-судинної системи	гіпертонічна хвороба першої та другої стадії; хвороба Рейно; облітеруючий ендартеріїт; варикозне розширення вен; порушення кровообігу мозку (наприклад, при атеросклерозі).	Чинить судинорозширювальну дію, що веде до поліпшення периферичного та центрального кровообігу. Здійснює позитивний ефект на скоротливість міокарда. За рахунок зниження підвищеного тонусу судинної стінки сприяє зниженню артеріального тиску, а також зменшує набряклість тканин.
Захворювання травної системи	езофагіт; гастрит; виразкова хвороба шлунка та дванадцятипалої кишки; вірусний гепатит; холецистит; панкреатит; ентерит; ентероколіт; запори.	Чинить загальнозміцнюючу дію на організм людини. При захворюваннях, що супроводжуються больовим синдромом, справляє знеболювальну дію. Також має протизапальну дію (наприклад, при холециститі, коліті) і прискорює процес загоєння тканин (наприклад, при виразці шлунка та дванадцятипалій кишці). При спазмі шлунка, жовчного міхура, а також кишківника справляє спазмолітичний ефект (розслаблюючу дію). Також після проведення процедури покращується моторика кишечника та виділення жовчі.
Захворювання сечостатевої системи	пієлонефрит; цистит; сальпінгіт; оофорит; сальпінгоофорит ендометрит; простатит; мікоплазмоз; кандидоз.	Відбувається зменшення запальної реакції, виявляється протинабрякова дія, покращується кровообіг та загоєння уражених тканин.
Захворювання шкіри	стрептодермія; фурункули; карбункули; абсцес; простий герпес; екзема; флегмона; нейродерміт; акне; псоріаз; гідраденіт; панарицій; дерматит; обмороження; трофічні виразки; пролежні; рани.	При шкірних захворюваннях запобігає процесу нагноєння рани. Якщо інфекційно-запальний процес перебуває в активній фазі, дана процедура має бактерицидну дію (пригнічує життєдіяльність бактерій). Стимулює захисну систему шкіри, в якій активізується робота таких імунних клітин як лімфоцити, клітини Лангерганса, огрядні клітини та інші. Також покращується мікроциркуляція в області ураження, що сприяє прискоренню процесу епітелізації (відновлення) тканин. За наявності алергічних захворювань має на організм десенсибілізуючу (протиалергічну) дію.
Захворювання нервової системи	неврити; невралгії; мігрень; безсоння; фантомний біль; плексіт; запалення сідничного нерва (ішіас); травми спинного мозку; каузалгія; енцефаліт; травми головного та спинного мозку (контузії, струс, здавлення головного або спинного мозку).	Виробляє знеболюючий ефект за рахунок гальмування процесів у центральній нервовій системі, а також сприяє зменшенню м'язового спазму. Також у місці впливу відбувається покращення кровообігу, що веде до прискорення процесів загоєння нервової тканини. При захворюваннях, що супроводжуються порушенням провідності нервових імпульсів, сприяє їх відновленню.
Захворювання опорно-рухової системи	радикуліт; остеохондроз; остеоартроз; перелом; забиті місця; вивихи; артрит та поліартрит; остеомієліт.	Під час процедури тканини, на які впливають УВЧ, нагріваються, що викликає розширення судин та покращення кровообігу. Навколо ураженої ділянки відбувається утворення окольних (колатеральних) судин. Кров, що надходить в область впливу, живить уражену тканину (наприклад, кісткову, хрящову) і прискорює процес її регенерації.
Захворювання очей	блефарит; склерит; глаукома; опіки; кон'юнктивіт; увеїт; абсцес століття; ячмінь.	Покращує мікроциркуляцію у повіках та слизовому шарі очей. Чинить протизапальну та протиалергічну дію. Також сприяє посиленню реакції фагоцитозу (фагоцити – спеціальні клітини в організмі, що знищують патогенні мікроорганізми), що прискорює процес одужання та регенерації тканин.
Стоматологічні захворювання	альвеоліт; періодонтит; пародонтит; гінгівіт; виразка слизової оболонки рота; опіки; травми.	Під час дії електромагнітного поля у яснах покращується кровообіг, зупиняється зростання, а також пригнічується життєздатність бактерій. Також ефективно знижуються болючі відчуття.
Реабілітаційний період	післяопераційні рани; післяопераційні інфільтрати; реабілітація після травм; реабілітація після перенесеного захворювання.	За рахунок покращення мікроциркуляції та створення колатеральних судин відбувається прискорення процесу регенерації уражених тканин. Значно знижується ризик інфікування рани, оскільки ультрависокочастотне електричне поле діє згубно на патологічні мікроорганізми, здатні спричинити нагноєння післяопераційної рани. У період реабілітації дана процедура сприяє підвищенню захисних сил організму, а також чинить знеболювальну дію, що прискорює та полегшує процес одужання.

Лікувальні ефекти:

• протизапальний;
• секреторний;
• судинорозширювальний;
• міорелаксуючий;
• імуносупресивний;
• трофічний.

Існують абсолютні та відносні протипоказання для проведення УВЧ-терапії.

Абсолютні протипоказання:

• порушення згортання крові;
• гіпертонічна хвороба третьої стадії;
• злоякісні пухлини;
• гарячкові стани;
• гіпотонічна хвороба;
• наявність у пацієнта кардіостимулятора;
• вагітність;
• серцево-судинна недостатність;
• ішемічна хвороба серця, інфаркт міокарда; стійка стенокардія;
• венозний тромбоз;
• оформлене гнійне вогнище запалення.

Відносні протипоказання:

• доброякісні пухлини;
• гіпертиреоз;
• наявність в організмі металевих предметів трохи більше двох сантиментів (наприклад, зубні металеві протези).

Лабораторна робота №12

Вивчення впливів електромагнітних полів

біологічні тканини.

Студент повинен знати: схему найпростішого лампового генератора незагасаючих електричних коливань і принцип її роботи, процеси, що відбуваються в коливальному контурі, період коливань, терапевтичний контур та його призначення, фізичні основи дії високочастотних полів (УВЧ терапія, індуктотермія, діатермія, (Електрокоагуляція, електрохірургія).

Студент повинен вміти: правильно користуватися апаратом УВЧ та налаштовувати його в резонанс.

Коротка теорія

У медичній практиці змінні струми високої частоти, що застосовуються з лікувальною метою, або підводяться безпосередньо до тіла (діатермія), або вони виникають в останньому під впливом високочастотних електромагнітних полів (індуктотермія та УВЧ-терапія).

Прийнято такий поділ електромагнітних коливань за їх частотою:

Низька частота (НЧ) – 20 Гц.

Звукова (З) - 20 Гц -20 кГц.

Ультразвукова (УЗ) – 20кГц – 200кГц.

Висока (ВЧ) – 200 кГц – 30 МГц.

Ультрависока (УВЧ) – 30 МГц – 300 МГц.

Надвисока (НВЧ) – понад 300 МГц.

Вплив змінного струму на тканини значно відрізняється від впливу постійного струму.

При низьких, звукових та ультразвукових частот змінний струм викликає подразнення. Руйнівна дія змінного струму пов'язана зі зміщенням іонів у міжклітинній тканині, усередині клітини, поділом іонів на самій мембрані, зміною концентрації іонів у різних частинах клітини.

Дратівна дія змінного струму залежить від форми імпульсу, від його тривалості та його амплітуди.

При частотах більше 500 кГц зміщення іонів стає порівнянним з їх зміщенням виникаючих в результаті теплового руху і змінний струм не викликає подразнювальної дії. Основним ефектом впливу змінного струму на тканини організму є його теплова дія.

Прогрівання тканин струмами високої частоти відбувається за рахунок утворення теплоти у внутрішніх органах. Теплота, що виділяється, залежить від діелектричних властивостей тканин, їх питомого опору, частоти струму.

Прогрів можна зробити цілеспрямованим і змінюючи силу струму можна регулювати потужність тепловиділення.

P=I 2 R; I = jS; R= ;

де I- Сила струму в біологічній тканині.

R- Опір біологічної тканини.

j- Щільність струму, - Питомий опір біологічної тканини.

Тоді P = j 2. S 2. =j 2

Оскільки , то

Де q- Потужність тепла виділяється в одиниці об'єму біологічної тканини.

Тобто. потужність тепла, що виділяється в одиниці об'єму в 1 сек, залежить від щільності струму і питомого опору тканини.

Пропускання струму високої частоти через біологічні тканини отримало назву діатермії та місцевої дарсонвалізації.

При діатермії використовується струм із частотою 1 МГц при напрузі 100 – 150 В. При місцевій дарсонвалізації використовується струм із частотою 100 – 400 кГц. при напрузі – десятки кВ та силою струму 10 – 15 мА.

Т.к. qзалежить від того, то найбільший прогрів мають тканини, що володіють великим питомим опором: шкіра, жирова клітковина, кістки і т.д. Найменший прогрів відчувають тканини, що мають малий питомий опір (легкі, печінка, лімфатичні вузли і т. д.).

Струми високої частоти використовуються і для хірургічних цілей – електрохірургія. Вони дозволяють «зварювати» тканини (діатермокоагуляція) та для розтину тканин (діатермотомія).

При діатермокоагуляції застосовують струм із щільністю до 6 – 10 мА/мм 2 при цьому температура тканини підвищується і коагулює. При розсіченні тканини використовується гострий електрод (електроніж) при щільності струму до 40 мА/мм 2 .

Вплив змінним магнітним полем на тканини організму (індуктотермія).

Рис.

Помістимо зразок (тканину) у змінне магнітне поле (рис. 1). Магнітний потік магнітного поля змінюється за законом: а сила струму в тканині:

.

Вважаючи, що .

Бо тоді .

Позначимо, де k- Коефіцієнт, що враховує геометричні розміри тканини.

Тоді сила струму в біологічній тканині визначається:

Припустимо, що Узмінюється згідно із законом cos wtтобто. B = B m. cos wt, А зміна індукції з часом визначатиметься виразом:

Тоді сила струму в тканині:

.

Потужність

Підставляючи силу струму у формулу потужності, отримаємо:

;

Потужність, що виділяється в одиниці обсягу в одиницю часу qвизначатиметься рівнянням

де K= ,

Аналізуючи отриманий вираз, приходимо до висновку, що , де питомий опір тканини.

Тканина має як діелектричні, так і електролітні властивості. Питомий опір електролітів менше, ніж для діелектриків. Тому тканини, що мають електролітні властивості, прогріваються ефективніше, ніж діелектрики при одній і тій же частоті магнітного поля (позитивний ефект). До таких тканин відносяться м'язи багаті на судини, міжтканинну рідину і т.д.

Вплив високочастотного електричного поля на біологічні тканини (УВЧ-терапія).

Візьмемо біологічну тканину з діелектричною проникністю та помістимо її між двома електродами, виконаними у вигляді пластин. Причому пластини не торкаються біологічної тканини. Між пластинами виникає змінне електричне поле напруженістю. Е(Рис. 2).

Рис. 2

S- Площа пластин,

U- Змінна напруга, що подається на пластини.

Під впливом високочастотного електричного поля в біологічній тканині виникають струми зміщення та провідності.

Виразимо через напруженість змінного електричного поля Е.

Середнє значення потужності ланцюга змінного струму, що виражається формулою,

Кут зсуву фаз між і . У чистих діелектриках та .

У реальних діелектриках , а кут називають кутом діелектричних втрат (рис3).

Рис. 3

Розкладемо силу струму на дві складові: активну та реактивну (рис. 3). Реактивна складова зрушена по фазі щодо напруги на кут і потужність, що виділяється нею, дорівнює нулю. Активна складова виділяє потужність у біологічній тканині, яка визначається рівнянням:

Виразимо через:

Виразимо через напругу та ємнісний опір біологічної тканини.

де З- Місткість плоского конденсатора в якому знаходиться тканина з діелектричною проникністю.

,

але, а , отримуємо .

Виразимо через напруженість електричного поля Е, тобто:

d- Відстань між обкладинками конденсатора з біологічною тканиною.

.

При аналізі отриманого виразу видно, що кількість тепла виділяється в одиниці об'єму біологічної тканини залежить від діелектричних властивостей самої тканини - чим більше діелектрична проникність, тим відповідно і більше виділяється тепла. Отже, при УВЧ-терапії краще прогріваються тканини, що мають діелектричні властивості (жир, клітковина тощо).

В апаратах УВЧ використовують електричне поле з частотою 40МГц.

Поруч із УВЧ – терапією застосовується мікрохвильова терапія ( =2375 МГц) і ДЦВ – терапія ( = 460 МГц). Ці два види отримали назву НВЧ – терапія.

Фізичний аспект: Електрична хвиля поляризує молекули речовини, у результаті виникають диполі. При зміні напряму електромагнітної хвилі відбувається переорієнтація диполів, що спричиняє струм зміщення. Крім того, електромагнітна хвиля викликає усунення іонів утворюючи струм провідності. Таким чином, в речовині, поміщеній в змінне електромагнітне поле, виникають як струми провідності, так і струми зміщення. Все це призводить до нагрівання речовини.

Глибина проникнення електромагнітних хвиль у біологічні тканини залежить від властивостей самої тканини (будови) та електромагнітних хвиль.

Сантиметрові хвилі проникають у м'язи, біологічні рідини на глибини близько 2 см., а жир, клітковини близько 10 см.

Для дециметрових хвиль ці показники приблизно вдвічі вищі.

Порядок виконання роботи

Вправа №1. Вивчення теплової дії високочастотного електричного поля на діелектрик та електроліт.

1. Підключіть дископодібні електроди до пристрою УВЧ.

2. Між електродами помістіть 2 посудини з однаковими об'ємами рідин (пробірки з діелектриком та електролітом), виміряйте початкову їх температуру та запишіть у таблицю 1.

Таблиця 1

3. Увімкніть апарат у мережу ручкою " компенсаторЦією ж ручкою при натиснутій кнопці "контроль напруги" встановіть показання стрілки вимірювального приладу в межах жирної смуги.

4. Поворотом ручки " потужністьВстановіть вихідну потужність 30 Вт.

5. Ручкою " налаштування" Налаштуйте терапевтичний контур у резонанс. Положення резонансу буде відзначено максимальним відхиленням стрілки вимірювального приладу та максимальним розжаренням сигнальної лампи, розташованої над приладом.

6. Через кожні 2 хвилини протягом 16 хвилин вимірювайте температуру рідини. Результати занесіть до таблиці 1.

Увага!Постійно стежте за резонансом, у разі потреби підлаштовуйте терапевтичний контур.

7. Вимкніть пристрій УВЧ від мережі.

8. За отриманими даними в одних координатних осях побудуйте графіки залежності температури діелектрика та електроліту від часу їхнього перебування у високочастотному електричному полі.

Вправа №2. Вивчення теплової дії високочастотного магнітного поля на діелектрик та електроліт.

1. Підключіть котушку індуктивності до апарата УВЧ і розташуйте її в підставці в безпосередній близькості від пробірок (між торцевою частиною котушки та пробірками повинен бути зазор близько 5 мм, щоб не було прямого контакту котушки зі склом).

2. Увімкніть пристрій у мережу, встановіть вихідну потужність 30 Вт та налаштуйте прилад у резонанс.

3. Позначивши початкову температуру рідин, через кожні 2 хвилини записуйте в таблицю, аналогічну до таблиці 1, зміни їх температури протягом 20 хвилин.

4. Вимкніть пристрій УВЧ від мережі.

5. За отриманими даними в одних координатних осях побудуйте графіки залежності температури діелектрика та електроліту від часу їх перебування у високочастотному магнітному полі.

6. Вимкнути пристрій із мережі.

УВЧ-терапія (ультрависокочастотна терапія) є фізіотерапевтичним методом лікування, при якому використовують електромагнітні поля ультрависокої частоти. УВЧ-терапія – це своєрідне лікування теплом, яке за допомогою спеціального обладнання проникає в тканини та органи людини.

Електромагнітні поля УВЧ сприяють:

• загоєнню ран та переломів;
• зниження набряків;
• стимуляції периферичного та центрального кровообігу;
• зниження болю;
• зниження запальних процесів.

У 1929 році в Німеччині вперше використовували електромагнітні поля ультрависокої частоти як метод лікування. Винаходу УВЧ-терапії сприяли скарги людей, які працювали на радіостанціях, які заявляли, що відчувають певний негативний вплив від радіохвиль.

Механізм лікувальної дії

УВЧ-терапія має такі ефекти:

• осциляторний ефект, який характеризується зміною біологічної структури клітин на фізико-хімічному та молекулярному рівні;
• тепловий ефект, що призводить до нагрівання тканин організму шляхом перетворення ультрависоких частот електромагнітного поля на теплову енергію.

Пристрій апарату

Класичний апарат УВЧ-терапії оснащений такими складовими:

• високочастотний генератор ( пристрій, що виробляє енергію ультрависокої частоти);
• електроди у вигляді конденсаторних пластин ( електричний провідник);
• індуктори ( відповідають за створення магнітного потоку);
• випромінювачі.

УВЧ-апарати бувають двох типів:

• стаціонарні;
• переносні.

Для проведення УВЧ-терапії використовують такі стаціонарні апарати:

• "УВЧ-300";
• "Екран-2";
• "Імпульс-2";
• "Імпульс-3".

Для проведення УВЧ-терапії використовують такі переносні апарати:

• "УВЧ-30";
• "УВЧ-66";
• "УВЧ-80-04".

Також популярні апарати, які працюють у імпульсному режимі.

Серед російських імпульсних апаратів УВЧ-терапії виділяють такі:

• "Імпульс-2";
• "Імпульс-3".

Серед зарубіжних апаратів УВЧ-терапії виділяють такі:

• "Ultraterm";
• "K-50";
• "Megapulse";
• "Megatherm".

У УВЧ-терапії застосовують такі діапазони електромагнітних коливань:

• 40,68 МГц ( цьому діапазоні працює більшість УВЧ-апаратів у Росії країнах СНД);
• 27,12 МГц ( даний діапазон у більшості випадків застосовується у західних країнах).

Частота електромагнітних коливань буває двох типів:

• безперервне коливання, у якому відбувається безперервний електромагнітний вплив на уражену область;
• імпульсне коливання, при якому проводиться серія імпульсів, тривалість дії яких становить від двох до восьми мілісекунд.

Проведення процедури УВЧ

Для проведення УВЧ-терапії використовуються дерев'яні меблі. Під час процедури пацієнт зазвичай перебуває у сидячому або лежачому положенні залежно від локалізації ураженої ділянки, а також загального стану хворого. При цьому знімати з себе одяг зовсім не обов'язково, оскільки вплив УВЧ може проникати крізь речі та навіть гіпсові пов'язки. Після того як хворий прийняв зручне положення, здійснюється підготовка конденсаторних пластин ( вид електрода).

Спочатку пацієнту підбирають оптимальні за розміром електроди у співвідношенні з ураженим ділянкою тіла. Потім пластини кріплять у тримачі і після протирання спиртовмісним розчином підводять до хворого місця.

Існують такі методики встановлення електродів:

• поперечний спосіб;
• поздовжній спосіб.

Поперечний спосіб
Даний метод установки полягає в тому, що електроди повинні бути розташовані навпроти одного. При цьому одна пластина має бути спрямована на хвору ділянку тіла, а інша – з протилежного боку. За рахунок такого розташування електромагнітні поля проникають через все тіло пацієнта, при цьому загальний вплив. Відстань між електродом та тілом не повинна становити менше двох сантиметрів.

Поздовжній спосіб
При цьому методі електроди прикладають лише до ураженої сторони. Даний метод установки використовують при лікуванні поверхневих захворювань, оскільки електромагнітні поля у цьому випадку проникають неглибоко. Простір між електродом та тілом не повинен перевищувати більше одного сантиметра.

Електроди УВЧ-терапії встановлюють певному відстані. Чим ближче пластина розташована до ураженої області, тим сильніше виявляється теплова дія ( у разі некоректного розміщення може призвести до розвитку опіків).

Після встановлення електродів медичний працівник задає певну потужність електрики, коли пацієнт отримує необхідну дозу УВЧ. Регулювання потужності електромагнітних полів провадиться за допомогою спеціального регулятора, який розташовується на панелі керування генератора. Залежно від наявного захворювання та показань лікаря при УВЧ застосовуються різні дози відчуття тепла.

Доза тепла УВЧ	Потужність	Механізм дії	Відчуття пацієнта
Термічна доза	від 100 до 150 Вт	застосовується з провокаційною метою	пацієнт відчуває виражені теплові відчуття
Оліготермічна доза	від 40 до 100 Вт	покращує клітинне харчування, обмін речовин та кровообіг	характеризується незначними тепловими відчуттями
Атермічна доза	від 15 до 40 Вт	справляє протизапальну дію	пацієнт не відчуває тепло

Залежно від дози впливу полів УВЧ в організмі людини можуть спостерігатися такі зміни:

• збільшення фагоцитарної активності лейкоцитів;
• зниження ексудації ( виділення рідини у тканині при запальних процесах);
• активізація діяльності фібробластів ( клітини, що утворюють сполучну тканину в людському організмі);
• збільшення проникності стін судин;
• стимуляція у тканинах обмінних процесів.

Перевага УВЧ-терапії полягає в тому, що її застосування можливе при гострих запальних процесах і свіжих переломах. Зазвичай ці порушення є протипоказанням до проведення різних фізіотерапевтичних методів лікування.

Як правило, тривалість процедури УВЧ-терапії для дорослого становить від 10 до 15 хвилин. У середньому курс лікування включає проведення від п'яти до п'ятнадцяти процедур, які, як правило, проводяться щодня або через день.

Особливості проведення УВЧ новонародженим та дітям:

• УВЧ-терапія може застосовуватися лише за кілька днів після народження дитини;
• використовується слаботермічне дозування;
• застосовуються апарати із слабкою потужністю; так дітям до семи років показано потужність трохи більше тридцяти ват, а дітям шкільного віку – трохи більше сорока ват;
• дітям до п'яти років електроди прибинтовуються до необхідної області, а замість повітряного зазору між платівкою та шкірою вставляється спеціальна бинтова прокладка ( щоб уникнути появи опіків);
• УВЧ-терапія застосовується не більше двох разів на рік;
• рекомендується проводити в середньому від п'яти до восьми лікувальних процедур ( не більше дванадцяти).

Тривалість проведення УВЧ процедури залежить від віку дитини.

Показання для процедур УВЧ

При призначенні УВЧ враховуються такі фактори:

• вік пацієнта;
• перебіг та стадія наявного захворювання;
• загальний стан здоров'я хворого;
• наявність супутніх захворювань;
• наявність протипоказань щодо процедури.

УВЧ є одним із методів фізіотерапії, який можна застосовувати при запальних захворюваннях, що знаходяться в активній фазі.

У період запального процесу дома ураження внаслідок накопичення клітин крові і лімфи утворюється запальний інфільтрат, який під впливом УВЧ може розсмоктатися. Під час проведення процедури в дію збільшується насичення іонів кальцію, що веде до утворення сполучної тканини навколо запального вогнища та перешкоджає подальшому поширенню інфекції. Однак слід зауважити, що даний метод лікування застосовується лише у тих випадках, коли є умови для стікання гнійного вмісту з ураженої ділянки.

УВЧ використовується при лікуванні:

• захворювань дихальної системи та ЛОР-органів ( вухо горло ніс);
• захворювань серцево-судинної системи;
• захворювань травної системи;
• захворювань сечостатевої системи;
• захворювань нервової системи;
• захворювань опорно-рухової системи;
• захворювань очей;
• стоматологічних захворювань;
• у післяопераційний період.

Найменування системи	Найменування захворювання	Механізм дії УВЧ
Захворювання дихальної системи та ЛОР-органів		За наявності інфекційних процесів ( наприклад, пневмонія, ангіна, отит) справляє пригнічуючу дію на життєдіяльність мікроорганізмів. Чинить знеболювальну та імунозміцнювальну дію. Створюються сприятливі умови загоєння уражених тканин, і навіть знижується ризик розвитку ускладнень.
Захворювання серцево-судинної системи	гіпертонічна хвороба першої та другої стадії; облітеруючий ендартеріїт; порушення кровообігу мозку ( наприклад, при атеросклерозі).	Чинить судинорозширювальну дію, що веде до поліпшення периферичного та центрального кровообігу. Здійснює позитивний ефект на скоротливість міокарда. За рахунок зниження підвищеного тонусу судинної стінки сприяє зниженню артеріального тиску, а також зменшує набряклість тканин.
Захворювання травної системи	вірусний гепатит;	Чинить загальнозміцнюючу дію на організм людини. При захворюваннях, що супроводжуються больовим синдромом, справляє знеболювальну дію. Також має протизапальну дію ( наприклад, при холецистит, коліт) і прискорює процес загоєння тканин ( наприклад, при виразці шлунка та дванадцятипалій кишці). При спазмі шлунка, жовчного міхура, а також кишечника справляє спазмолітичний ефект. розслаблююча дія). Також після проведення процедури покращується моторика кишечника та виділення жовчі.
Захворювання сечостатевої системи		Відбувається зменшення запальної реакції, виявляється протинабрякова дія, покращується кровообіг та загоєння уражених тканин.
Захворювання шкіри	карбункули; простий герпес; флегмона; трофічні виразки; пролежні; рани.	При шкірних захворюваннях запобігає процесу нагноєння рани. Якщо інфекційно-запальний процес знаходиться в активній фазі, дана процедура має бактерицидну дію ( пригнічує життєдіяльність бактерій). Стимулює захисну систему шкіри, в якій активізується робота таких імунних клітин як лімфоцити, клітини Лангерганса, огрядні клітини та інші. Також покращується мікроциркуляція в області ураження, що сприяє прискоренню процесу епітелізації ( відновлення) тканин. За наявності алергічних захворювань чинить на організм десенсибілізуюче ( протиалергічне) дія.
Захворювання нервової системи	фантомний біль; плексіт; запалення сідничного нерва ( ішіас); травми спинного мозку; каузалгія; травми головного та спинного мозку ( контузії, струс, здавлення головного або спинного мозку).	Виробляє знеболюючий ефект за рахунок гальмування процесів у центральній нервовій системі, а також сприяє зменшенню м'язового спазму. Також у місці впливу відбувається покращення кровообігу, що веде до прискорення процесів загоєння нервової тканини. При захворюваннях, що супроводжуються порушенням провідності нервових імпульсів, сприяє їх відновленню.
Захворювання опорно-рухової системи	фагоцити – спеціальні клітини в організмі, що знищують патогенні мікроорганізми), що прискорює процес одужання та регенерації тканин.
Стоматологічні захворювання	альвеоліт; періодонтит; виразка слизової оболонки рота; опіки; травми.	Під час дії електромагнітного поля у яснах покращується кровообіг, зупиняється зростання, а також пригнічується життєздатність бактерій. Також ефективно знижуються болючі відчуття.
Реабілітаційний період	післяопераційні рани; післяопераційні інфільтрати; реабілітація після травм; реабілітація після перенесеного захворювання.	За рахунок покращення мікроциркуляції та створення колатеральних судин відбувається прискорення процесу регенерації уражених тканин. Значно знижується ризик інфікування рани, оскільки ультрависокочастотне електричне поле діє згубно на патологічні мікроорганізми, здатні спричинити нагноєння післяопераційної рани. У період реабілітації дана процедура сприяє підвищенню захисних сил організму, а також чинить знеболювальну дію, що прискорює та полегшує процес одужання.

Результативність лікування за допомогою УВЧ може залежати від таких факторів:

• стадія та тяжкість захворювання;
• діапазон електромагнітних коливань;
• тривалість процедури;
• місце дії;
• використання додаткових методів лікування;
• індивідуальна чутливість вплив електричного струму.

Протипоказання для УВЧ

Існують абсолютні та відносні протипоказання для проведення УВЧ-терапії.

Існують такі абсолютні протипоказання:

• порушення згортання крові;
• гіпертонічна хвороба третьої стадії;
• злоякісні пухлини;
• гарячкові стани;
• гіпотонічна хвороба;
• наявність у пацієнта кардіостимулятора;
• вагітність;
• Кровотеча.Використання УВЧ до оперативного втручання підвищує ризик розвитку кровотеч. Електромагнітне поле, нагріваючи тканини та викликаючи гіперемію в ділянці впливу, згодом може призвести до появи кровоточивості.
• Рубіць.Одна з лікувальних дій УВЧ спрямовано розвиток сполучної тканини, яка, наприклад, під час запальних процесів створює захисний бар'єр, перешкоджаючи поширенню інфекції по організму. Однак у ряді випадків, коли є ризик розвитку небажаної рубцевої тканини ( наприклад, після порожнинної операції), УВЧ не рекомендується проводити.
• Удар електричним струмом.Побічний ефект, який може виникнути в окремих випадках, при недотриманні правил безпеки, якщо пацієнт доторкнеться до оголених частин приладу, що знаходяться під напругою.