Использование электромагнитных волн в медицине

Электромагнитные волны способны проникать в органические ткани, что приводит к их нагреванию. При этом возможен не только поверхностный нагрев, но могут прогреваться и внутренние ткани, и органы.

Использование электромагнитных волн может быть полезным, например, прогревом электромагнитными волнами можно лечить воспалительные процессы. Однако, следует учитывать и возможность вредного и даже губительного действия электромагнитного излучения.

Применение волн СВЧ - диапазона

Методы физиотерапии, в основе которых лежит использование электромагнитных сверхвысокочастотных волн (СВЧ - волн) называют:

• микроволновой терапией (частота применяемых волн 237 МГц, длина волны 12,6 см);
• ДВЦ – терапия (терапия с использованием дециметровых волн) (частота таких волн 460 МГц, длина волны 65,2 см).

На сегодняшний день самой проработанной является теория теплового воздействия полей СВЧ – волн на объекты живой природы. Электромагнитные волны, проходя через живые ткани, оказывает на их молекулы поляризующее воздействие и ориентирует эти молекулы аналогично электрическим диполям.

Электромагнитные волны способны действовать на ионы живых существ создавая в организмах токи проводимости. В результате чего в тканях организмов, находящихся в поле электромагнитной волны имеются как токи смещения, так и токи проводимости. Все эти процессы вызывают нагрев вещества. При этом токи смещения имеют большое значение при переориентации молекул воды. Поэтому максимум поглощения энергии СВЧ – волн идет в мышцах и крови, гораздо меньше энергии поглощают костная и жировая ткани. Соответственно кости и жировая ткань меньше нагреваются.

На границе веществ, имеющих разные коэффициенты поглощения электромагнитных волн, могут появляться стоячие волны, в результате может произойти перегрев ткани. Наибольшая вероятность перегрева у тканей с плохим кровоснабжением, соответственно, плохой терморегуляцией, например, стекловидное тело, хрусталик глаза.

Электромагнитные волны могут оказывать влияние на биологические процессы, при этом разрываются водородные связи и переориентируются макромолекулы ДНК и РНК.

После падения на участок тела, электромагнитная волна претерпевает частичное отражение от кожного покрова. Степень отражения определяется различием диэлектрической проницаемости воздуха и органических тканей. При облучении электромагнитными волнами на расстоянии может происходить отражение до 75% энергии волн. В этом случае невозможно сделать вывод о количестве энергии, поглощаемой телом человека в единицу времени на основании знаний о мощности излучения. Если облучение электромагнитными волнами происходит при непосредственном контакте с облучаемой поверхностью, то мощность излучателя равна мощности получаемой тканями.

Частота электромагнитных волн и строение живых тканей определяют глубину проникновения в них этих волн.

Индуктотермия

В проводниках значимой массы в переменном магнитном поле электромагнитной волны появляются вихревые токи. Данные токи применяются для прогрева биологических тканей и органов.

Рассмотрим факторы, влияющие на степень нагрева тканей при индуктотерапии.

Вихревые токи можно оценить, используя формулу:

$I=\frac{S}{R}\frac{dB}{dt}=-\frac{k_1}{\rho{}}\frac{dB}{dt}\left(1\right),$

где $ k_1$ – коэффициент, учитывающий размеры и геометрию нагреваемой ткани; ρ – удельное сопротивление. Если магнитное поле изменяется в соответствии с гармоническим законом:

$B=B_m\cos{\left(\omega{}t\right)}\left(2\right),$

тогда переменное магнитное поле вызывает тепловой эффект с количеством теплоты:

$Q=\frac{k}{\rho{}}{\omega{}}^2B_{ef}^2\Delta{}t\ \left(3\right),$

где $B_{ef}=\frac{B_m}{\sqrt{2}}$ – эффективное значение индукции магнитного поля.

Выражение (3) показывает, что выделяемое в процессе индуктотермии количество теплоты, пропорционально квадратом частоты, индукции и обратно пропорционально удельному сопротивлению. Можно сделать вывод о том, что более всего нагреваются ткани, имеющие максимальное количество сосудов, менее всего наиболее жирные. Чаще всего при индуктотерапии используют спирали или плоские свернутые кабели.

УВЧ – терапия

Если органические ткани помещают в переменное электрическое поле, то в них появляются токи смещения и токи проводимости. Чаще всего в этом случае используют электрические поля с ультравысокими частотами. Соответствующий метод лечения называют методом УВЧ – терапии. Для оценки эффекта от действия поля УВЧ надо определить количество теплоты, которое может выделяться.

Частота переменного электрического поля составляет от 30 до 300 мГц.

При воздействии на живые ткани электрическим полем с высокой частотой его энергия ими активно поглощается, преобразуюсь в тепло. При этом развивается эффект осциллятора.

Допустим, что проводящая органическая ткань находится в переменном электрическом поле. Электроды не касаются тела. Выделяющееся количество теплоты выразим через напряженность поля в проводнике:

$q=\frac{{E_{ef}}^2}{\rho{}}\left(4\right),$

где $E_{ef}\frac{E_{max}}{\sqrt{2}}$ - эффективная напряженность; $q$ - количество теплоты, которое выделяется за 1 с в одном кубометре ткани.

Пусть в переменном электрическом поле находится диэлектрик, диэлектрическая проницаемость которого равна$\epsilon{}$, тогда:

$q=\omega{}{E_{ef}}^2\epsilon{}{\epsilon{}}_0tg\delta{}\ \left(5\right),$

где $\delta{}$– угол диэлектрических потерь.

В нашей стране в аппаратуре УВЧ применяют электромагнитные волны частотами 40, 58 МГц. При такой частоте ткани организма, являющиеся диэлектриками, нагреваются активнее, чем проводящие электрический ток.

Лечебное действие УВЧ – терапии состоит в:

• Усилении кровообращения и лимфообращения, и за счет этого возникновения противовоспалительного действия.
• Уменьшении экссудации
• Активизации процесса развития соединительных тканей.
• Антиспастическом воздействии на гладкую мускулатуру некоторых внутренних органов.
• Увеличении скорости регенерации нервной ткани и проводимости нервных импульсов.
• Оказании болеутоляющего действия.
• Бактерицидном действии.
• Понижении кровяного давления за счет расширения сосудов.
• Усилении обмена веществами между кровью и тканями.