Руководство для врачей общей практики (семейных врачей). М. Оао Издательство Медицина
 Скачать 5.48 Mb.
|
Полевые, межкле точные, системооб разующие Г л а в а 2 ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ИХ РАЗМЕРНОСТИ Единица определенной физической величины представляет собой значение данной величины, которое по определению считается равным 1 [Сена J1.A., 1988]. Размерность физической величины — это выражение, отра жающее связь величины с основными величинами системы, в которой коэффициент пропорциональности принят равным 1 [Сена Л.А., 1988]. Основные величины Международной системы (СИ): • длина (размерность — L, наименование — метр); • масса (размерность — М, наименование — килограмм); • время (размерность — Т, наименование — секунда); • сила электрического тока (размерность — I, наименова ние — ампер); • термодинамическая температура (размерность — q, на именование — кельвин); • количество вещества (размерность — N, наименова ние — моль); • сила света (размерность — I, наименование — кандела). Применительно к физиотерапевтическим факторам в прак тической работе необходимы знание и понимание следующих единиц физических величин [Физический энциклопедический словарь, 1995], которые должны приводиться по Международ ной системе (СИ). Ампер (А) — 1) единица силы электрического тока; 2) еди ница магнитодвижущей силы и разности магнитных потен циалов. Размерность этой величины — I. Вольт (В) — единица электрического напряжения, элек трического потенциала, разности электрических потенциалов и электродвижущей силы. 1 В — электрическое напряжение на участке электрической цепи с постоянным током силой I А, в котором затрачивается мощность 1 Вт. Размерность этой величины — L2MT 31_|. Вольт-ампер (В А) — единица полной мощности электри ческой цепи. 1 В А — полная мощность электрической цепи при действующих значениях силы тока 1 А и электрического напряжения 1 В (среднее — ватт). Размерность этой величи ны — L2MT-3. ч Ватт (Вт) — 1) единица механической мощности; 1 Вт — мощность, при которой за 1 с совершается работа в 1 Дж; единица полной мощности электрической цепи — см. выше (Вт=В А); 3) единица потока излучения (мощности из лучения); 4) единица потока звуковой энергии (звуковой мощности). Размерность этой величины — L2 МТ"3. Ампер на метр (А/м) — единица напряженности магнитно го поля (Н) — векторная величина, характеризующая магнит ное поле. Размерность этой величины — L“'I. Ампер на квадратный метр (А/м2) — единица плотности электрического тока — векторной величины, характеризую щей скорость и направление упорядоченного движения элек трических зарядов. Размерность этой величины — L 21. Вольт на метр (В/м) — единица напряженности электри ческого поля (Е) — векторная величина, характеризующая силовое действие электрического поля на электрически за ряженные частицы и тела. Размерность этой величины — L M T -4 -1. Джоуль (Дж) — единица энергии, работы и количества теп лоты (W). 1 Дж — это энергия в 1 Вт, действующая в течение 1 с (Дж=Вт-с). Размерность этой величины — L2MT-2. Тесла (Тл) — единица магнитной индукции (В) — вектор ная величина, являющаяся силовой характеристикой магнит ного поля. Размерность этой величины — МТ_2Г ‘. Паскаль (Па) — единица давления и механического напря жения. 1 Па — давление, вызываемое силой 1 Н, равное рас пределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2. Размерность этой величины — L-IMT2. Ньютон (Н) — единица силы. 1 Н равен силе, сообщающей телу массой 1 кг ускорение 1 м /с2 в направлении действия силы. Размерность этой величины — LMT-2. Моль — единица количества вещества; равна количеству вещества системы, в которой содержится столько же струк турных элементов (молекул, атомов, электронов и других час тиц), сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода- 12. Размерность этой величины — N. Джоуль на моль (Дж/моль) — единица молярной энергии вещества. Размерность этой величины — L2MT 2N"'. Физическая (нормальная) атмосфера (атм) — внесистемная единица давления, определяемая как давление воздуха, урав новешивающее ртутный столб высотой 76 см при плотности ртути 13,595 г/см3 и нормальном ускорении свободного паде ния 980,665 см /с2. I атм = 760 мм рт. ст. = 1,01325 105 Па. Электрон-вольт (эВ) — внесистемная единица энергии эле ментарных частиц или энергетических уровней в атомах и мо лекулах. 1 эВ равен 1,60219 1019 Дж, а применительно к молярной энергии 1 эВ равен 96,47 кДж/моль. В физиотерапевтической практике используются следую щие производные величины. Плотность потока мощности (ППМ) физического факто ра — величина энергетической мощности фактора, действую- т а я на поверхность объекта площадью (S) в I м2 при мощно сти (Р) физического фактора в 1 Вт. ППМ = P /S. Применительно к электромагнитному излучению плот ность потока мощности соответствует энергетической облу ченности поверхности объекта (Е). Энергетическая экспозиция (Н) — суммарная величина энергии соответствующего фактора, действующая на поверх ность объекта площадью (S) в 1 м2 при энергии (W) физиче ского фактора в 1 Дж. Выражается в Д ж /м 2. Н = W/S или Н = ППМ -t, Н = E t, где t — время воздейст вия в секундах. Доза воздействия (Д) — суммарная величина энергии соот ветствующего фактора, действующая на поверхность объекта; идентична энергетической экспозиции. Связь между энергией, измеряемой в эВ, и длиной волны электромагнитного излучения. Энергия фотонов электромаг нитного излучения соответствует длине волны этого излуче ния и определяется следующим образом. Е = h-cА , где Е — энергия фотона в эВ, h — постоянная Планка, равная 6,63 10-34 Дж с, с — скорость света, равная 3-Ю м/с, X — длина волны электромагнитного излучения в м; упрощенные формулы: Е = 0,119- 109А (в нм); Е = 1,24Л. (в мкм). Глубина проникновения в определенную среду (в ткани и органы) действующего физического фактора — относительная величина, определяемая расстоянием, на котором силовая ха рактеристика физического фактора убывает в 2,7 раза, а его энергетическая характеристика уменьшается примерно в 7,3 раза [Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н., 1999]. По глубине проникновения в биообъект физические фак торы подразделяются на: — факторы сквозного действия (постоянный ток — метод гальванизации; импульсные токи — методы электросна, диадинамотерапии, транскраниальной электроаналге- зии, короткоимпульсной электроаналгезии, электрости муляции; переменный ток низкого напряжения — методы флюктуоризации, амплипульстерапии, интерференцте- рапии; электрическое поле — методы фраклинизации и УВЧ-терапии); — факторы глубокого проникновения (ультразвук — неко торые методы УЗ-терапии; электромагнитное излучение дециметроволнового и сантиметроволнового диапазона — методы ДМ В- и СМВ-терапии; магнитное поле— неко торые методы постоянной, низкоинтенсивной импульс ной и переменной низкочастотной магнитотерапии, ме тоды высокоинтенсивной импульсной магнитотерапии и индуктотермии; низкоэнергетическое лазерное излучение инфракрасной части спектра — некоторые методы ла зерной терапии); — факторы поверхностного действия (переменный ток высокого напряжения — методы дарсонвализации и ульт- ратонотерапия; электромагнитное излучение миллимет роволнового диапазона — методы КВЧ-терапии; электро магнитное излучение оптического диапазона — методы светолечения и некоторые методы лазерной терапии). Г л а в а 3 ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВНЕШНИХ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ С ОРГАНИЗМОМ ЧЕЛОВЕКА И КОНЦЕПЦИИ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ФИЗИОТЕРАПИИ С точки зрения пока еще господствующих теорий утвер ждается, что воздействие внешних физических факторов предопределяет следующие сдвиги и эффекты в организме [Обросов А.Н., Улащик B.C., 1985; Улащик B.C., 1994; Бого любов В.М., Пономаренко Г.Н., 1999; Улащик B.C., Луком- ский И.В., 2003]: • возникновение температурного эффекта (теплообразова ние в тканях и органах); • появление ионных сдвигов в различных средах орга низма; • образование свободных форм биологически активных веществ; • возникновение электрической поляризации структур; • возникновение биоэлектретного эффекта в соответст вующих структурах; • инициация свободнорадикальных процессов (образова ние свободных радикалов различных химических ве ществ) в структурах и средах организма; • конформационные изменения биологических субстра тов; • изменение состояния свободной и связанной воды в ор ганизме. Температурный эффект — повышение собственной темпе ратуры биологических структур и их образований (тканей и органов) при воздействии на них внешнего физического фак тора за счет возможности перехода любых видов энергии в те плоту. Целесообразность этого эффекта при физиотерапии обосновывается тем, что тепло активно влияет на различные процессы в биологических системах, а это открывает путь к преобразованию энергии физического фактора в биологиче скую реакцию. Ионные сдвиги в соответствующих средах организма возни кают при действии многих физических факторов и иницииру ют определенные физико-химические реакции, что способст вует активизации процессов метаболизма в тканях и органах. Образование свободных форм веществ в организме связано с переводом биологически активных субстратов за счет дейст вия внешнего физического фактора из связанной (трудно об мениваемой) формы в свободную (легко обмениваемую), ко торая может участвовать в биохимических реакциях и в фи зиологических процессах. Электрическая поляризация — возникновение в биологиче ских субстратах смещения электронов в атомах, перемещения ионов, поворота дипольных молекул под действием внешнего электрического поля. С этим явлением некоторые ученые связывают специфику влияния на организм человека различ ных физических факторов. Биоэлектретный эффект обусловлен естественной неравно- весностью поляризации связанных зарядов в биологических субстратах, которая является структурной основой биоэлек- третного состояния тканей и органов. Именно неравновесная поляризация связанных зарядов определенных биологических структур обеспечивает высокую чувствительность организма к действию внешних физических факторов. Образование свободных радикалов (молекул или их частей, имеющих один или несколько неспаренных электронов на внешней атомной или молекулярной орбите) различных хи мических веществ в биологических структурах и средах живо го организма — явление, возникающее при действии внешних физических факторов. Данный процесс играет важную роль в жизнедеятельности целостного организма. Это явление обос новывается некоторыми авторами в качестве первичного ме ханизма действия некоторых физиотерапевтических факторов. Конформационные изменения (ультраструктурные преобра зования) биологических субстратов под действием физиче ских факторов — рекомбинационные преобразования струк тур, в первую очередь биологических макромолекул и моле кул воды, при той же их количественной характеристике. Им отводится важная роль в механизме первичной реакции орга низма на воздействие. Изменение состояния свободной и связанной воды в орга низме происходит под воздействием любого внешнего физи ческого фактора. Определено, что вода играет центральную Роль в механизмах поглощения энергии физического фактора и в биологических эффектах, в частности от воздействия электрических и магнитных полей, а также электромагнитно го излучения. Однако, строго соблюдая физико-химические основы при рассмотрении всех происходящих в биологическом объекте изменений от воздействия внешнего физического фактора, перечисленные выше сдвиги и эффекты необходимо объеди нить в электродинамические изменения, конформационные пре образования и теплообразование в структурах и средах организ ма по следующим объективным причинам [Илларионов В.Е., 1998, 2003]. Во-первых, ионные сдвиги, электрическая поляризация, биоэлектретный эффект, образование свободных радикалов являются по своей сути стадиями одного процесса и состав ляют комплекс электродинамических изменений структур и систем организма. При этом нереально выделить каждое из этих явлений, определить их первоочередность и последова тельность, поскольку все стадии процесса электродинамиче ских изменений взаимосвязаны и взаимообусловлены на ос нове электромагнитного взаимодействия. Во-вторых, конформационные преобразования различных структур и сред автоматически включают в себя изменение состояния содержащейся в них свободной и связанной воды, а также образование свободных форм вещества. Расчленение и изолированное рассмотрение различных рекомбинационных изменений тех или иных биологических субстратов при воз действии на них внешних физических факторов ничего не дает для практических нужд. Температурный эффект при воздействии на организм внешних тепло- или хладоносителей обусловлен изменением температуры окружающих тканей и раздражением терморе цепторов. Это способствует соответствующим изменениям скорости химических реакций, лимфо- и кровообращения и некоторых других процессов. Температуру действующих фак торов регулируют в зависимости от чувствительности кожных покровов, слизистых оболочек и их соответствующей реакции на термическое воздействие. В этом состоит гарантия отсутст вия превышения энергетических показателей фактора, кото рые могут вызвать повреждение биологических структур. В то же время целесообразность эндогенного теплообразо вания в биологических структурах при воздействии на орга низм внешних физических факторов вызывает большие со мнения, поскольку живой организм не способен непосредст венно утилизировать тепловую энергию в метаболических реакциях, тепло лишь изменяет скорость биохимических про цессов. Эндогенное теплообразование при физиотерапии свя зано, как правило, с превышением энергетических парамет ров действующего фактора определенного порога. При этом вступает в силу механизм тепловой деструкции химических соединений и биологических субстратов. Но, к сожалению, запретная грань (недопустимое превышение температуры внутренней среды организма от воздействия) не фиксируется имеющимися у нас методами клинического исследования в процессе физиотерапии. При воздействии на биологические структуры физически ми факторами, способствующими эндогенному теплообразо ванию, необходимо помнить о возможности проявления в них теплошокового эффекта. Определено, что при температу рах от 41 до 43 °С генетический аппарат многоклеточных био- систем переходит в стрессовый режим работы, синтезирует теплошоковые белки, деполимеризует полирибосомы. В ре зультате происходит «стирание» эпигенетической информа ции, имеющейся на уровне высоких знаковых топологий жидкокристаллических доменов интерфазных хромосом и «водных» фракталов-копий информационных биологических структур. При температуре от 40 до 42 °С нарушаются знако вые режимы акустических и электромагнитных излучений хромосомного континуума биологической системы, возника ют препятствия для «солитонной» проводимости на ДНК, РНК, белках и их «водных» оболочках [Гаряев П.П., 1994; Dewhist M.W., 1990]. В соответствии с фундаментальными законами физики ми нимальный уровень взаимодействия физических факторов с материей — это элементы физического вакуума, обладающие определенным уровнем энергии, достаточным для возможно го превращения этих элементов в составные части элементар ных частиц [Физический энциклопедический словарь, 1995]. При взаимодействии с материальным субстратом химиче ских факторов минимальным уровнем взаимодействия явля ется элементарная молекула — наименьшая структурная еди ница химического соединения, обладающая его главными хи мическими свойствами. Взаимодействие атомов, приводящее к образованию молекул простых и сложных веществ, а также к образованию кристаллов (в том числе жидкокристалличе ских структур биообъекта), называют химической связью. Со временная теория химической связи базируется на квантовой механике и должна учитывать корпускулярно-волновой дуа лизм микрочастиц. Из этого следует, что природа химической связи — электрическая, никаких особых сил химического взаимодействия, кроме электрических, не существует. Дейст вующие в молекуле между ядрами атомов и электронами гра витационные и магнитные силы пренебрежительно малы по сравнению с электрическими |Глинка Н.Л., 1988]. Основными элементарными частицами, ответственными за взаимодействия на атомно-молекулярном уровне строения ма- герии (уровень атомов и элементарных молекул), являются 'Ротон и электрон. Преобладающий тип взаимодействия этих Цементов — электромагнитное взаимодействие. Атомы спо- 1 °бны создавать структурные образования в виде молекул, а взаимосвязь структурных элементов этих образований осуще ствляется посредством электромагнитных полей и химических связей. В элементарных молекулах частицами взаимодействия также являются фотоны и электроны. Элементарные молеку лы способны образовывать сложные молекулы и молекуляр ные кластеры при помощи электромагнитных полей на осно ве химических (сильных) связей и межмолекулярных (слабых) взаимодействий — ионные, ион-дипольные, ориентационные, индукционные и дисперсионные связи — силы ван-дер-Ва- альса, а также водородные связи и гидрофобные взаимодей ствия. На уровне макромолекул целостного живого организма (ДНК, РНК, белок) элементарными частицами являются фо тон, фонон, электрон и экситон. Макромолекулы способны образовывать молекулярные кластеры и молекулярные фрак талы с присущими им свойствами. Структурные элементы макромолекул связаны посредством полевых, химических и межмолекулярных сил на основе электромагнитного взаимо действия. У такого сложного структурного образования, как |