Действие дециметровых волн на организм человека
Несмотря на широкое распространение в медицинской практике микроволн сантиметрового или близкого к нему диапазона, что объясняют высокой терапевтической их эффективностью, а также удобством эксплуатации и простотой аппаратуры, дальнейшие исследования, проведенные Schwann и Folsche, Hartmuth, показали, что для терапевтического применения микроволн 12-сантиметрового диапазона имеются существенные ограничения. Это прежде всего касается небольшой глубины их проникновения; существенна и возможность возникновения стоячих волн в коже и подкожно-жировом слое, что может быть использовано для лечения дерматологических заболеваний, в том числе и псориаза. Это объясняют значительной разницей электрических свойств этих тканей, а также тем, что толщина слоев соизмерима с длиной волн в этих тканях. Стоячие волны, могут вызвать местный перегрев и ухудшают соотношение в повышении температуры в жире и мышцах. Кроме того, стоячие волны вызывают значительное изменение коэффициента отражения при различных толщинах кожи и особенно подкожно-жирового слоя. Неопределенность в количестве поглощенной энергии приводит к значительным ошибкам дозировки по мощности, излучаемой генератором. Все эти недостатки значительно уменьшаются при применении дециметровых волн. Значительно меньшие релаксационные потери молекул воды приводят к увеличению глубины проникновения энергии. Малая по сравнению с длиной волны толщина слоев кожи и подкожного жира исключает возможность образования значительных стоячих волн в этих тканях, т. е. исключена возможность неконтролируемого местного перегрева.
Одним из важнейших механизмов, определяющих нагрев биологических тканей в поле, является ионная проводимость, которая обусловлена наличием электролитов в тканях. В рассматриваемом диапазоне частот ионная проводимость не имеет резонансного характера, если электролит гомогенен, в биологических же тканях имеет место сильная зависимость ионных потерь от частоты. Это объясняют тем, что в тканях с большим содержанием воды внутриклеточная жидкость отделена от внеклеточной тонкими оболочками, сопротивление которых уменьшается с частотой за счет увеличения емкостных токов, а потому вклад внутриклеточной жидкости в общую ионную проводимость среды увеличивается с частотой.
По мере увеличения частоты начинает проявляться влияние другого механизма поглощения энергии поля средой. Этот механизм определяется полярной структурой молекул воды. Полярные молекулы воды ориентируются в поле не мгновенно; скорость ориентации зависит от размеров и формы молекул, вязкости и температуры среды. С увеличением частоты способность полярных молекул ориентироваться по полю уменьшается. Debay (1931) показал, что параметры среды (диэлектрическая проницаемость и проводимость), обусловленные ориентационной поляризацией, могут быть описаны теми же уравнениями, что и для структурной дисперсии. В этом случае налицо так называемая полярная дисперсия.
Полярная дисперсия для тканей с большим содержанием воды начинает сказываться, начиная примерно с 1000 Мгц. Характеристическая частота дисперсии для воды около 16 000 Мгц. Помимо дисперсии за счет воды, полярная дисперсия в незначительной степени может сказываться за счет молекул протеина. Поскольку эти молекулы имеют значительные размеры и вес, их характеристическая частота значительно ниже и равна примерно 1 Мгц.
Влияние протеиновых молекул сказывается также и в том, что объем, занимаемый ими в биологических тканях, исключается из общего объема при образовании электрической проводимости. Вес молекул протеина составляет 20 г на 100 см3 объема ткани с большим содержанием воды. При этом должны быть учтены и молекулы воды, связанные с молекулами протеина (гидратация протеина около 0,3 г воды на 1 г протеина).
Глубина проникновения энергии в ткани является одной из самых важных характеристик действующего физического фактора - электромагнитного поля излучения. Возможность воздействия на глубоколежащие ткани и органы следует считать одним из основных преимуществ высокочастотных физиотерапевтических методов по сравнению с другими методами, однако это преимущество присуще высокочастотным методам в различной степени. Как известно, сквозное прогревание тела имеет место тогда, когда тело либо включено в разрыв цепи высокочастотного тока (контактная диатермия), либо помещено в электрическое высокочастотное поле (УВЧ терапия). Однако обоим методам присущи серьезные недостатки, ограничивающие их применение.
Единственным видом электрической энергии, который может обеспечить направленное воздействие на глубоколежащие ткани и органы, является электромагнитное поле. Однако широко применяемый в настоящее время метод микроволновой терапии не обеспечивает необходимой глубины проникновения энергии в ткани тела больного. Сказанное объясняется тем, что на частоте 2375 Мгц (12,6 см длина волны), используемой в аппаратуре, для микроволновой терапии, затухание энергии в тканях, богатых жидкостями (кожа, мышечные ткани, внутренние органы), очень велико. Это явилось одной из причин изучения возможности применения для терапии колебаний дециметрового диапазона, где затухание энергии значительно меньше.
По своим физическим свойствам дециметровые волны имеют некоторые отличия от других электромагнитных колебаний, прежде всего от электрического поля УВЧ. Так, И. В. Жердин, изучая нагревание электролитов в поле дециметровых волн, установил, что растворы поваренной соли в концентрациях от 0,01 до 5 молей дают повышение нагревания в поле 84, 62, 42, 25 см с увеличением концентрации электролита. В теплообразовании при нагревании электролитного раствора в поле дециметровых волн, по-видимому, принимают участие не только молекулы электролита, но и молекулы воды, причем степень участия последних повышается с уменьшением длины волны.
Биофизические исследования сантиметровых и дециметровых волн показали, что кожа и подкожно жировой слой при длине волны 65 см отражают от тела энергии в 1,7 раза меньше, чем при длине волны 12,6 см, что указывает на отсутствие заметных стоячих волн в коже и подкожно жировой слое и исключает возможность местного перегрева. В эксперименте на животных показано, что в идентичных условиях воздействия при длине волны 12,6 см происходит интенсивное нагревание поверхностных тканей при небольшой глубине проникновения энергии, в то время как при длине волны 65 см имеет место более равномерный и глубокий нагрев, превышающий, начиная с глубины 1,5-2 см, нагрев волнами 12,6 см.
Одной из биофизических характеристик для действия электромагнитных колебаний является влияние их на проницаемость тканей. В. Я. Батунина и Е. В. Гернет изучали проницаемость мышечной ткани кроликов для растворов хлористого калия при действии дециметровых волн (43 см). Хотя применяемая этими авторами методика определения проницаемости по Теберу несколько устарела, они все же получили отчетливые результаты. Во всех проводимых ими измерениях проницаемость мышечной ткани повышалась под действием дециметровых волн с 4,5 до 32%.
Представляет интерес исследования Е. В. Милютиной о влиянии дециметровых волн на гистологические изменения различных органов животных. Ею отмечены сдвиги реактивного характера; при этом совершенно отсутствовали явления, характерные для термической реакции в виде сосудистых и клеточных изменений тканей.
Влияние поля дециметровых волн на углеводный обмен мышечной ткани сказывалось усиление окислительных процессов, что характеризует интенсификацию тканевой динамики.
Как видно из приведенного, дециметровые волны имеют некоторые особенности в своем действии на организм по сравнению с другими диапазонами волн. Эта биофизическая специфичность действия дециметровых волн еще недостаточно изучена и требует сравнительного исследования с другими диапазонами волн.
Одним из важнейших механизмов, определяющих нагрев биологических тканей в поле, является ионная проводимость, которая обусловлена наличием электролитов в тканях. В рассматриваемом диапазоне частот ионная проводимость не имеет резонансного характера, если электролит гомогенен, в биологических же тканях имеет место сильная зависимость ионных потерь от частоты. Это объясняют тем, что в тканях с большим содержанием воды внутриклеточная жидкость отделена от внеклеточной тонкими оболочками, сопротивление которых уменьшается с частотой за счет увеличения емкостных токов, а потому вклад внутриклеточной жидкости в общую ионную проводимость среды увеличивается с частотой.
По мере увеличения частоты начинает проявляться влияние другого механизма поглощения энергии поля средой. Этот механизм определяется полярной структурой молекул воды. Полярные молекулы воды ориентируются в поле не мгновенно; скорость ориентации зависит от размеров и формы молекул, вязкости и температуры среды. С увеличением частоты способность полярных молекул ориентироваться по полю уменьшается. Debay (1931) показал, что параметры среды (диэлектрическая проницаемость и проводимость), обусловленные ориентационной поляризацией, могут быть описаны теми же уравнениями, что и для структурной дисперсии. В этом случае налицо так называемая полярная дисперсия.
Полярная дисперсия для тканей с большим содержанием воды начинает сказываться, начиная примерно с 1000 Мгц. Характеристическая частота дисперсии для воды около 16 000 Мгц. Помимо дисперсии за счет воды, полярная дисперсия в незначительной степени может сказываться за счет молекул протеина. Поскольку эти молекулы имеют значительные размеры и вес, их характеристическая частота значительно ниже и равна примерно 1 Мгц.
Влияние протеиновых молекул сказывается также и в том, что объем, занимаемый ими в биологических тканях, исключается из общего объема при образовании электрической проводимости. Вес молекул протеина составляет 20 г на 100 см3 объема ткани с большим содержанием воды. При этом должны быть учтены и молекулы воды, связанные с молекулами протеина (гидратация протеина около 0,3 г воды на 1 г протеина).
Глубина проникновения энергии в ткани является одной из самых важных характеристик действующего физического фактора - электромагнитного поля излучения. Возможность воздействия на глубоколежащие ткани и органы следует считать одним из основных преимуществ высокочастотных физиотерапевтических методов по сравнению с другими методами, однако это преимущество присуще высокочастотным методам в различной степени. Как известно, сквозное прогревание тела имеет место тогда, когда тело либо включено в разрыв цепи высокочастотного тока (контактная диатермия), либо помещено в электрическое высокочастотное поле (УВЧ терапия). Однако обоим методам присущи серьезные недостатки, ограничивающие их применение.
Единственным видом электрической энергии, который может обеспечить направленное воздействие на глубоколежащие ткани и органы, является электромагнитное поле. Однако широко применяемый в настоящее время метод микроволновой терапии не обеспечивает необходимой глубины проникновения энергии в ткани тела больного. Сказанное объясняется тем, что на частоте 2375 Мгц (12,6 см длина волны), используемой в аппаратуре, для микроволновой терапии, затухание энергии в тканях, богатых жидкостями (кожа, мышечные ткани, внутренние органы), очень велико. Это явилось одной из причин изучения возможности применения для терапии колебаний дециметрового диапазона, где затухание энергии значительно меньше.
По своим физическим свойствам дециметровые волны имеют некоторые отличия от других электромагнитных колебаний, прежде всего от электрического поля УВЧ. Так, И. В. Жердин, изучая нагревание электролитов в поле дециметровых волн, установил, что растворы поваренной соли в концентрациях от 0,01 до 5 молей дают повышение нагревания в поле 84, 62, 42, 25 см с увеличением концентрации электролита. В теплообразовании при нагревании электролитного раствора в поле дециметровых волн, по-видимому, принимают участие не только молекулы электролита, но и молекулы воды, причем степень участия последних повышается с уменьшением длины волны.
Биофизические исследования сантиметровых и дециметровых волн показали, что кожа и подкожно жировой слой при длине волны 65 см отражают от тела энергии в 1,7 раза меньше, чем при длине волны 12,6 см, что указывает на отсутствие заметных стоячих волн в коже и подкожно жировой слое и исключает возможность местного перегрева. В эксперименте на животных показано, что в идентичных условиях воздействия при длине волны 12,6 см происходит интенсивное нагревание поверхностных тканей при небольшой глубине проникновения энергии, в то время как при длине волны 65 см имеет место более равномерный и глубокий нагрев, превышающий, начиная с глубины 1,5-2 см, нагрев волнами 12,6 см.
Одной из биофизических характеристик для действия электромагнитных колебаний является влияние их на проницаемость тканей. В. Я. Батунина и Е. В. Гернет изучали проницаемость мышечной ткани кроликов для растворов хлористого калия при действии дециметровых волн (43 см). Хотя применяемая этими авторами методика определения проницаемости по Теберу несколько устарела, они все же получили отчетливые результаты. Во всех проводимых ими измерениях проницаемость мышечной ткани повышалась под действием дециметровых волн с 4,5 до 32%.
Представляет интерес исследования Е. В. Милютиной о влиянии дециметровых волн на гистологические изменения различных органов животных. Ею отмечены сдвиги реактивного характера; при этом совершенно отсутствовали явления, характерные для термической реакции в виде сосудистых и клеточных изменений тканей.
Влияние поля дециметровых волн на углеводный обмен мышечной ткани сказывалось усиление окислительных процессов, что характеризует интенсификацию тканевой динамики.
Как видно из приведенного, дециметровые волны имеют некоторые особенности в своем действии на организм по сравнению с другими диапазонами волн. Эта биофизическая специфичность действия дециметровых волн еще недостаточно изучена и требует сравнительного исследования с другими диапазонами волн.