Физика XX века и медицина

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«ЧИТИНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ЧитГУ)

Институт  переподготовки и повышения квалификации 
 
 
 
 
 
 

Реферат 
 

по дисциплине: ИСТОРИЯ ФИЗИКИ 

Тема: Физика XX века и медицина 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                     Выполнил ст. гр. ТКС-10

                                                     Кунгурова О.Е.

                                                                                   Проверил:  Кузьмина Т.В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Чита 2010 

СОДЕРЖАНИЕ

     Введение………………………………………………………………………3

     1. Применение ультразвука………………………………………………….4

     2. Светолечение………………………………………………………………8

     Список  используемой литературы………………………………………….17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

    Тесная  связь физики с другими науками  объясняется важностью физики, её значением, так как физика знакомит нас с наиболее общими законами природы, управляющими течением процессов в окружающем нас мире и во Вселенной в целом.

    Цель  физики заключается в отыскании  общих законов природы и в  объяснении конкретных процессов на их основе. По мере продвижения к этой цели перед учеными постепенно вырисовывалась величественная и сложная картина единства природы. Мир представляет собой не совокупность разрозненных, независимых друг от друга событий, а разнообразные и многочисленные проявления одного целого.

     Современная физика нашла применение во многих отраслях нашей жизни - медицине, промышленности, связи, энергетике .

     Мы  рассмотрим применение ее в медицине.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Применение ультразвука

     1) Приготовление смесей с помощью ультразвука

     Широко  применяется ультразвук для приготовления  однородных смесей (гомогенизации). Еще  в 1927 году американские ученые Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучению ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла в воде. Подобные эмульсии играют большую роль в промышленности: это лаки, краски, фармацевтические изделия, косметика. Широкое внедрение такого метода приготовления эмульсий в промышленность началось после изобретения жидкостного свистка.

     2)Применение ультразвука в биологии.

     Способность ультразвука разрывать оболочки клеток нашла применение в биологических  исследованиях, например, при необходимости  отделить клетку от ферментов. Ультразвук используется также для разрушения таких внутриклеточных структур, как митохондрии и хлоропласты  с целью изучения взаимосвязи  между их структурой и функциями (аналитическая цитология). Другое применение ультразвука в биологии связано  с его способностью вызывать мутации. Исследования, проведенные в Оксфорде, показали, что ультразвук даже малой  интенсивности может повредить  молекулу ДНК. Искусственное целенаправленное создание мутаций играет большую  роль в селекции растений. Главное  преимущество ультразвука перед  другими мутагенами (рентгеновские  лучи, ультрафиолетовые лучи) заключается  в том, что с ним чрезвычайно  легко работать.

     3)Применение ультразвука для диагностики.

     Ультразвуковые  колебания при распространении  подчиняются законам геометрической оптики. В однородной среде они  распространяются прямолинейно и с  постоянной скоростью. На границе различных  сред с неодинаковой акустической плотностью часть лучей отражается, а часть  преломляется, продолжая прямолинейное  распространение. Чем выше градиент перепада акустической плотности граничных  сред, тем большая часть ультразвуковых колебаний отражается. Так как на границе перехода ультразвука из воздуха на кожу происходит отражение 99,99 % колебаний, то при ультразвуковом сканировании больного необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое выполняет роль переходной среды. Отражение зависит от угла падения луча (наибольшее при перпендикулярном направлении) и частоты ультразвуковых колебаний (при более высокой частоте большая часть отражается).

      
Виды ультразвукового  сканирования (схема): а - линейное (параллельное); 
б - конвексное; в - секторное.

     Отраженные  эхосигналы поступают в усилитель  и специальные системы реконструкции, после чего появляются на экране телевизионного монитора в виде изображения срезов тела, имеющие различные оттенки  черно-белого цвета. Оптимальным является наличие не менее 64 градиентов цвета  черно-белой шкалы. При позитивной регистрации максимальная интенсивность  эхосигналов проявляется на экране белым цветом (эхопозитивные участки), а минимальная - черным (эхонегативные участки). При негативной регистрации наблюдается обратное положение.

     Выбор позитивной или негативной регистрации  не имеет значения. Полученное изображение  фиксируется на экране монитора, а  затем регистрируется с помощью  термопринтера.

     Первая  попытка изготовить фонограммы человеческого  тела относится к 1942 году. Немецкий ученый Дуссиле "освещал" ультразвуковым пучком человеческое тело и затем измерял интенсивность пучка, прошедшего через тело (методика работы с рентгеновскими лучами Мюльхаузера). Вначале 50-х годов американские ученые Уилд и Хаури впервые и довольно успешно применили ультразвук в клинических условиях. Свои исследования они сосредоточили на мозге, так как диагностика с помощью рентгеновских лучей не только сложна, но и опасна. Применение ультразвука для диагноза при серьезных повреждениях головы позволяет хирургу точно определить места кровоизлияний.

     4)Использование эффекта Доплера в диагностике.

     Особый  интерес в диагностике вызывает использование эффекта Доплера. Суть эффекта заключается в изменении  частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника  звука. Когда звук отражается от движущегося  объекта, частота отраженного сигнала  изменяется (происходит сдвиг частоты).

     При наложении первичных и отраженных сигналов возникают биения, которые  прослушиваются с помощью наушников  или громкоговорителя. В настоящее  время на основе эффекта Доплера  исследованы только движение крови  и биение сердца. Этот эффект широко применяется в акушерстве, так  как звуки, идущие от матки легко  регистрируются.

     5)Применение ультразвука в терапии и хирургии

     Ультразвук, применяемый в медицине, может  быть условно разделен на ультразвук низких и высоких интенсивностей. Основная задача применения ультразвука  низких интенсивностей (0,125 - 3,0 Вт/см2) - неповреждающий нагрев или какие-либо нетепловые эффекты, а также стимуляция и ускорение нормальных физиологических реакций при лечении повреждений. При более высоких интенсивностях (> 5 Вт/см²) основная цель - вызвать управляемое избирательное разрушение в тканях.

     Первое  направление включает в себя большинство  применений ультразвука в физиотерапии и некоторые виды терапии рака, второе - ультразвуковую хирургию.

     Существуют  две основные области применения ультразвука в хирургии. В первой из них используется способность  сильно фокусированного пучка ультразвука  вызывать локальные разрушения в тканях, а во второй механические колебания ультразвуковой частоты накладываются на хирургические инструменты типа лезвий, пил, механических наконечников.

     Хирургическая техника должна обеспечивать управляемость  разрушения тканей, воздействовать только на четко ограниченную область, быть быстродействующей, вызывать минимальные  потери крови. Мощный фокусированный ультразвук обладает большинством из этих качеств. 
Возможность использования фокусированного ультразвука для создания зон поражения в глубине органа без разрушения вышележащих тканей изучено в основном в операциях на мозге. Позже операции проводились на печени, спинном мозге, почках и глазе.

     6)Применение ультразвука в физиотерапии

     - ускорение регенерации тканей.

     Одно  из наиболее распространенных применений ультразвука в физиотерапии - это  ускорение регенерации тканей и  заживления ран. Восстановление тканей можно описать с помощью трех перекрывающихся фаз.  
В течение воспалительной фазы фагоцитарная активность макрофагов и полиморфнонуклеарных лейкоцитов ведет к удалению клеточных фрагментов и патогенных частиц. Переработка этого материала происходит главным образом при помощи лизосомальных ферментов макрофагов. Известно, что ультразвук терапевтических интенсивностей может вызвать изменения в лизосомальных мембранах, тем самым ускоряя прохождение этой фазы.

     Вторая  фаза в залечивании ран - пролиферация или фаза разрастания. Клетки мигрируют в область поражения и начинают делиться. Фибробласты начинают синтезировать коллаген. Интенсивность заживления начинает увеличиваться, и специальные клетки, миофибробласты, заставляют рану стягиваться. Показано, что ультразвук значительно ускоряет синтез коллагена фибробластами как in vitro, так и in vivo. Если диплоидные фибробласты человека облучить ультразвуком частотой 3 МГц и интенсивностью 0,5 Вт/см² in vitro, то количество синтезированного белка увеличится. Исследование таких клеток в электронном микроскопе показало, что по сравнению с контрольными клетками в них содержится больше свободных рибосом, шероховатой эндоплазматической сети.

     Третья  фаза - восстановление. Эластичность нормальной соединительной ткани обусловлена упорядоченной структурой коллагеновой сетки, позволяющей ткани напрягаться и расслабляться без особых деформаций. В рубцовой ткани волокна часто располагаются нерегулярно и запутанно, что не позволяет ей растягиваться без разрывов. Рубцовая ткань, формировавшаяся при воздействии ультразвука, прочнее и эластичнее по сравнению с "нормальной" рубцовой тканью.

     - лечение трофических язв.

     При облучении хронических варикозных язв на ногах ультразвуком частотой 3 МГц и интенсивностью 1 Вт/см² в импульсном режиме 2 мс : 8 мс были получены следующие результаты: после 12 сеансов лечения средняя площадь язв составляла примерно 66,4% от их первоначальной площади, в то время как площадь контрольных язв уменьшилась всего до 91,6%. Ультразвук может также способствовать приживлению пересаженных лоскутов кожи на края трофических язв.

     -ускорение рассасывания отеков.

     Ультразвук  может ускорить рассасывание отеков, вызванных повреждениями мягких тканей, что скорее всего обусловлено увеличением кровотока или местными изменениями в тканях под действием акустических микропотоков.

     - заживление переломов.

     При экспериментальном исследовании переломов  малой берцовой кости у крыс было обнаружено, что ультразвуковое облучение  во время воспалительной и ранней пролиферативной фаз ускоряет и  улучшает выздоровление. Костная мозоль у таких животных содержала больше костной ткани и меньше хрящей. Однако в поздней пролиферативной  фазе приводило к негативным эффектам - усиливался рост хрящей и задерживалось образование костной ткани. 

2.Светолечение

     Светолечение - это метод физиотерапии, заключающийся в дозированном воздействии на организм больного инфракрасного, видимого или ультрафиолетового излучения.

     1)Инфракрасное излучение

Механизм  действия:

1. местная гипертермия;
2. спазм сосудов, сменяющийся их расширением, усиление кровотока;
3. увеличение проницаемости стенок капилляров;
4. усиление тканевого обмена, активация окислительно-восстановительных процессов;
5. высвобождение биологически-активных веществ, в том числе гистаминоподобных, что также приводит к увеличению проницаемости капилляров;
6. противовоспалительный эффект;
7. ускорение обратного развития воспалительных процессов;
8. ускорение тканевой регенерации;
9. увеличение местной сопротивляемости тканей к инфекции;
10. рефлекторное снижение тонуса поперечно-полосатой и гладкой мускулатуры - уменьшение болей, связанных с их спазмом.

     2)Ультрафиолетовое излучение

Механизм  действия:

1. нервно-рефлекторный: лучистая энергия как раздражитель действует через кожу с ее мощным рецепторным аппаратом на центральную нервную систему, а через нее на все органы и ткани организма человека;
2. часть поглощенной лучистой энергии превращается в теплоту, под ее влияние в тканях происходит ускорение физико-химических процессов, что сказывается на повышении тканевого и общего обмена;
3. фотоэлектрический эффект - отщепленные при этом электроны и появившиеся положительно заряженные ионы влекут за собой изменения "ионной конъюнктуры" в клетках и тканях, а следовательно и изменение электрических свойств коллоидов; в результате этого увеличивается проницаемость клеточных мембран и увеличивается обмен между клеткой и окружающей средой;
4. возникновение вторичного электромагнитного излучения в тканях;
5. бактерицидное действие света, зависящее от спектрального состава, интенсивности излучения; бактерицидное действие складывается из непосредственного действия лучистой энергии на бактерий и повышение реактивности организма (образование БАВ, повышение иммунологических свойств крови);
6. прямое разрушение токсинов: дифтерийного и столбнячного;
7. при воздействии ультрафиолетового излучения появляется пигментация кожи, повышающая устойчивость кожи к повторным облучениям;
8. изменение физико-химических свойств кожи (снижение рН за счет снижения уровня катионов и повышения уровня анионов).

     3)Лазеротерапия

Механизм  действия:

1. улучшение микроциркуляции;
2. увеличение проницаемости клеточных мембран и интенсификация обмена веществ между клеткой и окружающей средой;
3. активация защитных сил организма (активация фагоцитоза и других неспецифических факторов защиты организма);
4. анальгетическое действие;
5. гипотензивное действие.

     4)Аэроионотерапия отрицательными зарядами электричества

     Еще в 30-х годах Л.Л.Васильевым совместно  с А.Л.Чижевским была предложена теория "тканевого электрообмена", согласно которой в легких, наряду с газовым и водным обменом, происходит также обмен электрических зарядов между альвеолярным воздухом и кровью. При этом частицы крови заряжаются, а затем уносятся по кровеносному руслу к органам. Там они отдают свой заряд, пополняя тем самым естественные электрические ресурсы различных тканей организма.

     Наряду  с описанным выше, существует еще и рефлекторный механизм воздействия аэроионов на организм. Основан он на раздражении рецепторов (нервных окончаний), расположенных в легких. Возникшие нервные импульсы передаются затем в центральную нервную систему, которая, в свою очередь, воздействует на другие органы и ткани. Оба эти механизма действуют не изолированно, а в постоянной взаимосвязи.

     Исследования  показали, что наиболее благотворно  влияют на здоровье легкие отрицательные ионы кислорода воздуха. Предположительно, поток ионов взаимодействует с биологическими мембранами, на которых существует электрический потенциал. Кроме того, отрицательные аэроионы кислорода могут вмешиваться в самые разные виды биологического окисления, происходящего в организме.

     Аэроионы влияют на работу нервной системы, кровяное давление, тканевое дыхание, обмен веществ, температуру тела, кроветворение, при их воздействии изменяются физико-химические свойства крови, содержание сахара в крови, электрокинетический потенциал эритроцитов. Это далеко не полный список. Такого рода универсальность физиологического воздействия аэроионов объясняется тем, что они влияют на основные физико-химические процессы, протекающие в организме.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  используемой литературы 

1.Иванов В.А.”Лазер”

2.Кондарев С.В.  ”Лечение УВЧ”

3.Самойлов Д.М.  “Магнитотерапия”

4.Заявлова С.А.  “Светолечение”