Лекции_Медицинская физика. Лекции по курсу Медицинская физика для специальности "Лечебное дело"
 Скачать 4.42 Mb.
|
|
§ 18. Допущения теории Эйнтховена - Электрическое поле сердца на больших расстояниях от него подобно полю токового диполя. - Весь организм – это однородная проводящая среда. - Электрический вектор сердца изменяется по величине и направлению за время сердечного цикла, но начало вектора остается неподвижным. - Точки стандартных отведений образуют равносторонний треугольник, в центре которого находится сердце – токовый диполь. Проекции дипольного момента сердца – это отведения Эйнтховена. - Сердце и конечности находятся в одной и той же фронтальной плоскости. 38 Если представить, что сердце (его основание) заряжено отрицательно, а верхушка положительно, то распределение эквипотенциальных линий вокруг сердца при максимальном значении Р с показано на рис. 23. Видно, что электрическое поле распространяется преимущественно в сторону правой руки и левой ноги, т.е. в этом направлении будет зафиксирована наибольшая разность потенциалов. Электрокардиограмма представляет собой зависимость от времени разности потенциалов, снимаемой двумя электродами соответствующего отведения за цикл работы сердца (рис. 24). Ось О – это ось нулевого потенциала. На ЭКГ отмечают три характерных зубца P, QRS, T (обозначение по Эйнтховену). Высоты зубцов в различных отведениях обусловлены направлением электрической оси сердца, т.е. углом (рис. 24). Наиболее высокие зубцы во втором отведении, низкие в третьем. Сопоставляя ЭКГ в трех отведениях за один цикл составляют представление о состоянии нервно- мышечного аппарата сердца. Зубец Р – деполяризация предсердия QRS – деполяризация желудочков Т – реполяризация Факторы, влияющие на ЭКГ. Положение сердца. Направление электрической оси сердца совпадает с анатомической осью сердца. Если угол находится в пределах от 40°до 70°, это положение электрической оси считается нормальным. ЭКГ имеет обычные соотношения зубцов в I, II, III стандартных отведениях. Если близок или равен 0°, то электрическая ось сердца параллельна линии первого отведения и ЭКГ характеризуется высокими амплитудами в I отведении. Если близок к 90°, амплитуды в I отведении минимальны. Отклонение электрической оси от анатомической в ту или другую сторону клинически означает одностороннее поражение миокарда. Изменение положения тела вызывает некоторые изменения положения сердца в грудной клетке и сопровождается изменением электропроводности 39 окружающих сердце сред. Если ЭКГ не изменяет своей формы при перемещении тела, то этот факт тоже имеет диагностическое значение. Дыхание. При вдохе электрическая ось сердца отклоняется примерно на 15°, при глубоком вдохе до 30°. Нарушения или изменения дыхания также могут быть диагностированы по изменению ЭКГ. Физическая нагрузка всегда вызывает существенное изменение в ЭКГ. У здоровых людей эти изменения состоят главным образом в учащении ритма. При функциональных пробах с физической нагрузкой могут иметь место такие изменения, которые явно указывают на патологические изменения в работе сердца (тахикардия, экстрасистолия, мерцательная аритмия и т.д.). Диагностическая значимость метода ЭКГ несомненно велика (совместно с другими). § 19. Электромагнитные колебания Электромагнитные колебания – это периодические изменения различных электрических и магнитных характеристик: токов, напряжений, напряженности электрического поля и др. Электромагнитные колебания можно создать в колебательном контуре – соединение конденсатора (С) и катушки индуктивности (L) (рис. 25). Период колебаний в контуре определяется по формуле Томпсона: LC T 2 1. Переменный электрический ток. Переменным называется ток, который меняется во времени по величине и по направлению. Обычно ток меняется по гармоническому закону ) sin( 0 max t I I Он возникает под действием переменного напряжения ) sin( 0 max t U U 0 – начальная фаза зависит от набора различных элементов в цепи. Рис. 25. 40 В общем случае цепь содержит все элементы: резистор (R), емкость (C), индуктивность (L). Каждый из этих элементов дает вклад в общее сопротивление цепи: R - активное сопротивление; X L и X C - реактивные сопротивления соответственно индуктивности и емкости. Полное сопротивление цепи называется импеданс (Z). Его определяют по формуле 2 2 ) ( C L X X R Z 2. Электрический импульс. Это кратковременное изменение электрического напряжения или силы тока на фоне некоторого постоянного значения. Есть две группы импульсов. Видеоимпульсы – электрические импульсы постоянного тока или напряжения. Радиоимпульсы – это модулированные электромагнитные колебания. Импульсный ток – это повторяющиеся импульсы. а) б) Рис. 26. На рис. 26. Приведен одиночный импульс тока (напряжения) - а) и повторяющиеся импульсы тока (напряжения) - б). Характеристики импульсов: ф – длительность фронта импульса (переднего); ср – длительность среза (заднего фронта); 41 и – длительность импульса; Т – период; ф U / 8 , 0 max – крутизна фронта; u T Q / – скважность следования импульсов; Q K 1 – коэффициент заполнения. 3. Импульсная электротерапия. Электросонтерапия – метод лечебного воздействия на структуры головного мозга. Применяют прямоугольные импульсы с частотой 5–160 Гц и длительностью 0,2–0,5 мс. Сила тока составляет 1–8 мА. Транскраниальная электроанальгезия – метод лечебного воздействия на кожные покровы головы импульсными токами, вызывающими обезболивание или снижение интенсивности болевых ощущений. Используют: а) прямоугольные импульсы напряжением до 10 В частота 60–100 Гц, длительность 3,5–4 мс, следующие пучками по 20–50 имп. б) прямоугольные импульсы переменной скважности: частота 150– 2000 с -1 ; напряжение 20 B; ток 1 мА; длительность u = 0,15–0,5 мс. Подбор индивидуален. Электростимуляция используется для восстановления. Электропунктура – воздействие на биологически активные точки. Эти точки имеют повышенную электропроводность. Напряжение 2 В. Электрод в руке. Второй электрод – щуп. Есть разброс по степени воздействия, зависящий от состояния пациента и силы прижима щупа. Для электропунктуры используют импульсные и переменные токи. § 20. Электромагнитные волны Электромагнитная волна – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью и переносящие энергию. 42 Волна имеет две составляющих: электрическую E и магнитную B. Они обе изменяются по гармоническому закону )) / ( cos( max x t E E ; )) / ( cos( max x t B B ; Модули векторов E и B связаны соотношением: 0 2 2 0 / B E В вакууме скорость электромагнитных волн равна скорости света. Показатель преломления среды n ; Свойства электромагнитных волн: - частично поглощаются диэлектриком; - практически полностью отражаются металлами; - преломляются на границе диэлектриков; - есть дифракция, интерференция. В медицине принято следующее условное разделение по частотным диапазонам: 1. Низкие частоты (НЧ) – до 20 Гц. 2. Звуковые частоты (ЗЧ) – 20-20000 Гц. 3. Ультразвуковые (УЗЧ) или надтональные частоты – 20-200 кГц. 4. Высокие частоты (ВЧ) – 200 кГц-30 МГц. 5. Ультравысокие частоты (УВЧ) – 30 МГц-300 МГц. 6. Сверхвысокие частоты (СВЧ) – 300 МГц-300 ГГц. 7. Крайневысокие частоты (КВЧ) – свыше 300 ГГц. § 21. Физические процессы в тканях при воздействии током и электромагнитными полями Человеческий организм в значительной степени состоит из биологических жидкостей, содержащих большое количество ионов, которые участвуют в обменных процессах. Под действием электрического поля ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным. Таким 43 образом, первичное действие постоянного тока связано с движением ионов, их разделением и изменением их концентрации в разных элементах тканей. Гальванизация. Непрерывный постоянный ток используют, как лечебный метод физиотерапии при напряжении 60-80 В. Применяют электроды из листового свинца или станиоля 0,3-0,5 мм толщиной. Так как продукты электролиза раствора поваренной соли, содержащейся в тканях, вызывают прижигание, то между электродами и кожей помещают гидрофильные прокладки, смоченные теплой водой. Дозируют силу тока – предельно допустимая плотность 0,1 мА/см 2 (конечности 20-30 мА; туловище 15-20 мА; части лица 3-5 мА; слизистые 2-3 мА. Это токи при гальванизации). Электрофорез. Постоянный ток используют в лечебной практике для введения лекарственных веществ через кожу или слизистые оболочки. В этом случае, как и при гальванизации, прокладку активного электрода смачивают, но не водой, а лекарственным веществом. Лекарство вводят с того электрода, зарядом которого оно обладает, то есть анионы вводят с катода, катионы с анода (анионы – йод, гепарин, бром; катионы – натрий, кальций, новокаин). § 22. Воздействие импульсными токами Действие переменного тока на организм существенно зависит от его частоты. Ток вызывает раздражающее действие. Раздражение тканей зависит также и от формы импульса тока. Так, например, увеличение крутизны фронта импульса уменьшает пороговую силу тока, который вызывает сокращение мышц. В связи с этим ток характеризуют двумя пороговыми значениями: порог допустимого тока и порог не отпускающего тока. Эти значения зависят от индивидуальных особенностей организма и являются случайными величинами: - Порог ощутимого тока (ПОТ) – минимальная сила тока, раздражающее действие которого ощущает человек. - Порог не отпускающего тока (ПНТ) – минимальная сила тока, вызывающая такое сгибание сустава, при котором человек не может 44 самостоятельно освободиться от проводника. Для мужчин эта величина 10-15 мА. Превышение ПНТ губительно (паралич дыхательных мышц, фибрилляция сердца). Пороговые значения зависят и от длительности импульса. Воздействие токами высокой частоты. При частотах более 500 кГц смещение ионов становится соизмеримым с их смещением в результате молекулярно – теплового движения. Первичным эффектом в этом случае является тепловое воздействие. Постоянный ток, токи НЧ и ЗЧ для нагрева не пригодны. Преимущества перед грелкой: - Образование теплоты во внутренних частях организма. - Меняя частоту можно осуществлять термоселективное воздействие. - Можно дозировать нагревание, регулируя мощность. - Активировать внутримолекулярные процессы, которые приводят к специфическим эффектам. Пропускание тока высокой частоты через ткань используют в следующих физиотерапевтических процедурах : Диатермия – (сквозное прогревание) – получение теплового эффекта в глубоколежащих тканях. Частоты 1-2 МГц; напряжение 100-150 В; сила тока 1-1,5 А. При этом сильно нагреваются кожа, жир, кости, мышцы (большое R), меньше - органы богатые кровью или лимфой: лёгкие, печень, лимфоузлы. Недостаток – непродуктивное выделение теплоты в слое кожи и подкожной клетчатке. Местная дарсонвализация – местное воздействие на отдельные участки тела слабым импульсным переменным током высокого напряжения (частота 100-4000 кГц; сила тока 10-15 мА, напряжение – десятки кВ). Здесь формируется искровой разряд, вызывающий деструкцию оболочек микроорганизмов и их гибель. Диатермокоагуляция – прижигание, сваривание ткани, ток до 6-10 мА/мм 2 . Температура ткани повышается и она коагулирует. 45 Диатермотомия – рассечение тканей при помощи электрода в форме лезвия. Плотность тока до 40 мА/мм 2 . Мало кровопотерь. § 23. Действие магнитного поля Действие магнитного поля (МП) на биологические объекты обусловлено электродинамическими изменениями биологических структур. Это вызывает конформационные перестройки структур тканей, модифицирует биохимические реакции и биологические процессы. 1. Постоянное МП. Магнитотерапия – для этого используют магнитоэласты – смесь полимера с ферромагнитным наполнителем (имеют множество локальных магнитных полюсов). - Наборы эластичных магнитов в корсете – это радикулитный пояс (магнитная индукция – B = 8-16 мТл). - Магниты кольцевые, пластинчатые, дисковые (B = 60-130 мТл). - Микромагниты – намагниченные иглы, шарики, клипсы для магнитопунктуры (B = 60-100 мТл). - Магнитные браслеты для запястья (B = 20-70 мТл). 2. Импульсное МП. Импульсная магнитотерапия. В лечебном деле используют импульсы низкой частоты 0,125-1000 имп./с. Магнитная индукция до 100 мТл. Действующим фактором являются вихревые электрические поля, индуцируемые в тканях импульсным МП. Вихревые поля вызывают круговые движения зарядов (токи Фуко). 3. Высокочастотная (ВЧ) магнитотерапия. Как и в предыдущем случае в проводящих тканях образуются вихревые токи (токи Фуко), нагревающие объект. При ВЧ терапии больше теплоты выделяется в тканях с меньшим удельным сопротивлением. Сильнее нагреваются ткани богатые сосудами, например, мышцы. Жир, кости нагреваются меньше. Используются частоты 10-15 МГц. Нагрев ткани происходит на 2-4 градуса на глубину 8-12 см. Повышается также температура тела пациента на 0,3-0,9 градусов. 46 § 24. Действие постоянного электрического поля Франклинизация – лечебное воздействие постоянным электрическим полем высокой напряжённости. В аппаратах для франклинизации имеются электроды разной формы с иглами на концах. Постоянное напряжение, создаваемое на концах электродов при общей франклинизации (электростатический душ) достигает 40-50 кВ, при местной 10-20 кВ. Во всех случаях сила тока не превышает 1 мА. При этом в тканях человека возникают токи проводимости плотностью до 5 мА/м 2 ; Лампа Чижевского (аэроионизатор) – это высокочастотный генератор, который применяют для групповых процедур. Эта система предназначена для получения озона, оказывающего биологическое действие. Аэроионизатор Чижевского подаёт высокое постоянное напряжение на люстру, снабженную большим количеством острых окончаний – игл, на которых возникает тихий разряд, являющийся источником ионов. Формируется поток озона и аэроионов. Воздействию подвергаются лицо, воротниковая зона, верхние дыхательные пути. § 25. Действие переменного электрического поля (УВЧ) УВЧ – терапия – лечебное использование электрической составляющей переменного электромагнитного поля ультравысокой частоты. При этом биологическая система помещается между плоскими электродами, которые не касаются тела. Электроды могут накладываться различными способами. Используемые частоты 40-50 МГц. В России используется частота 40,58 МГц, длина волны 7,37 м. Используются также частоты 27,12 МГц, длина волны 11,05 м. Это международный стандарт. В проводящей среде (электролит) высокочастотное поле вызывает колебательное движение ионов, то есть ток проводимости. Это сопровождается тепловым эффектом. Рассмотрим диэлектрик, находящийся в поле УВЧ. Под действием поля происходит структурная и ориентационная поляризация молекул. При этом происходит колебательное движение молекул, которое сопровождается 47 выделением теплоты. При УВЧ терапии диэлектрические ткани нагреваются интенсивнее проводящих. Тепловой эффект не всегда является главной целью УВЧ процедуры. Во многих случаях важным является воздействие на физиологическое состояние клетки, которое может изменяться при колебаниях полярных молекул в УВЧ электрическом поле. § 26. Действие СВЧ волн Дециметровая терапия. Частота 460 МГц, длина волны 65,2 см. Под действием таких волн в тканях организма возникают ориентационные колебания дипольных молекул связанной воды. Микроволновая (сантиметровая) терапия. Частота 2375 МГц, длина волны 12,6 см. В первичном действии дециметровых и сантиметровых волн принципиальных различий нет. Максимальное поглощение энергии СВЧ – волн, а, следовательно, и большее выделение тепла, происходит в органах и тканях богатых водой (кровь, лимфа, мышечная ткань, паренхиматозные органы). В костной и жировой ткани воды меньше, они нагреваются меньше. Процедуры СВЧ – терапии проводят по двум методикам: - дистанционная, когда между биологическим объектом и излучателем расстояние не превышает 5 см (отражение до 70-80%). - контактная – излучатель размещают на теле или вводят внутрь. Сантиметровые волны проникают в мышцы и кожу до 2 см, в жировую ткань около 10 см. Дециметровые волны проникают на глубину в два раза больше. § 27. Импеданс тканей организма. Реография По электрохимическим свойствам ткани организма представляют собой разнородную среду, в которую входят электролиты. Ткани состоят из клеток, важной частью которых являются мембраны. Двойной фосфолипидный слой мембраны обладает ёмкостным сопротивлением (конденсатор). Индуктивность тканей близка к нулю. То есть импеданс 48 тканей определяется только активным и ёмкостным сопротивлениями. Электрическая схема биологических тканей содержит активное и ёмкостное сопротивление (рис. 27). Кривая 1 описывает зависимость импеданса от частоты для живой ткани. Кривая 2 соответствует мёртвой ткани. В мёртвой ткани разрушены мембраны, и она не обладает ёмкостным сопротивлением. По частотной зависимости импеданса можно оценивать жизнеспособность ткани, что важно при пересадке органов. Различия в частотных зависимостях импеданса имеют место при сравнении здоровой и больной ткани. Реография – диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности. Импеданс тканей и органов зависит от их физиологического состояния, от степени наполнения кровеносных сосудов, находящихся в этих тканях. Во время систолы полное сопротивление ткани уменьшается, а при диастоле увеличивается. Это используется в диагностических целях. Для реографии применяют переменный ток с частотой 20–30 кГц и измеряют полное сопротивление определённого участка ткани в течение цикла сердечной деятельности. С помощью этого метода получают реограммы головного мозга (реоэнцефалограммы), сердца (реокардиограммы), магистральных сосудов, лёгких, печени, конечностей. Исследование реограмм применяют в диагностике заболеваний периферических кровеносных сосудов, сопровождающихся изменением их эластичности, сужением артерий и так далее. |