ГЛАВА 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ,

ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КОСМЕТОЛОГИИ

В косметологии используют лечебные физические факторы различной физи­ ческой природы. По происхождению их можно разделить на искусственные и природные. По виду энергии и типам ее носителей выделяют искусственные факторы электромагнитной (электрической, магнитной, оптической), механиче­ ской и термической природы. Среди природных факторов в косметологии ис­ пользуют климат, минеральные воды и лечебные грязи.

2.1.ИССКУСТВЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

2.1.1.Электромагнитные факторы

Электролечебные факторы могут воздействовать на кожу и мышечную ткань как через различные физические среды (например, воздух, воду), так и путем не­ посредственного контакта кожи с находящимися под напряжением металличе­ скими проводниками (электродами). По взаиморасположению источника и орга­ низма методы лечебного воздействия могут быть разделены на контактные и дистантные. В первом случае на пациента воздействует электрический ток, кото­ рый может изменяться по силе, направлению, форме и частоте. В дистантных методах при расположении пациента в ближней зоне электромагнитного поля на него воздействуют электрическое и магнитное поля, а в дальней - электромагнит­ ные излучения, которые также могут изменяться по амплитуде силовых характе­ ристик, форме и частоте.

Лечебные эффекты ЭМП низкой частоты (f << 105 Гц) обусловлены преиму­ щественно током проводимости, основными носителями которого являются ио­ ны. Однако плотность тока в тканях при наведении в них внешнего ЭМП ни­ чтожно мала и не превышает 2,3·10-3 А·м-2 в интерстиции и 10-6 А·м-2 в плазмо­ лемме. При подведении к поверхности тела ЭМП с помощью металлических проводников с высокой удельной электропроводностью (электродов-антенн) в теле человека возникают значительные токи проводимости, способные вызвать изменение функциональных свойств нервной и мышечной тканей организма, клетки которых обладают возбудимыми мембранами.

Пороговое значение тока проводимости, вызывающее возбуждение нервной и мышечной тканей, определяется частотой воздействующего ЭМП. С ее увеличени­ ем пороговая величина тока нарастает, и, начиная с частоты 3·103 Гц, при приложе­ нии переменного тока к коже человека возбуждения его нервов и мышц не возни­ кает. В силу малого поглощения электромагнитной энергии в низкочастотном

диапазоне не происходит и заметного нагрева тканей, так как выделяемое тепло существенно меньше метаболической теплопродукции организма (1,3 Вт·кг-1) и не превышает мощности рассеяния тепловой энергии биологическими тканями.

Напротив, электромагнитные излучения высокой частоты (f > 105 Гц), помимо токов проводимости, вызывают в организме значительные токи смещения. По­ следние определяют преобразование электромагнитной энергии в тепловую, в ос­ новном за счет колебательно-вращательного смешения ориентирующихся во внешнем ЭМП биологических макромолекул и диполей воды. Физиологические механизмы теплоотдачи организма (теплопроводность, конвекция, испарение и излучение) не компенсируют возникающую в высокочастотном диапазоне тепло­ продукцию, в результате чего происходит нагревание облучаемых тканей организ­ ма. В частотном диапазоне 106-2·107 Гц как ток проводимости, так и ток смещения способны вызывать гипертермию. Напротив, в частотном диапазоне ЭМП, превы­ шающем 2·107 Гц, ведущую роль в нагревании тканей играет ток смещения.

В тканях с высоким содержанием воды длина электромагнитных волн умень­ шается в 6,5-8,5 раз по сравнению с воздухом, тогда как в тканях с низким со­ держанием воды - в 2-2,5 раза. Таким образом, на частотах ЭМП выше 3·108 Гц длина волны электромагнитного излучения меньше размеров тела человека, что обусловливает возможность только локального воздействия электромагнитных излучений сверхвысокой частоты на организм больного.

Вокруг распространяющихся в тканях токов формируются магнитные поля. Максимальная величина магнитной индукции в тканях с высокой электропровод­ ностью. находящихся в переменном ЭМП, не превышает 10-10 Тл в интерстиции и 10-13 Тл в плазмолемме. Анализ величин магнитной индукции позволяет заклю­ чить, что такие поля не могут эффективно взаимодействовать с биологическими молекулами различных тканей организма и их влиянием можно пренебречь.

При помещении в постоянное магнитное поле тканей организма входящие в их состав надмолекулярные жидкокристаллические структуры ориентируются относительно вектора магнитной индукции. В результате такого ориентационно­ го смещения в фосфолипидных компонентах биологических мембран формиру­ ются собственные магнитные поля надмолекулярных комплексов, направленные, в соответствии с правилом Ленца, против внешнего магнитного поля и ослаб­ ляющие его. Вследствие диамагнитного эффекта в них возникает собственный механический вращающий момент, и они способны перемещаться в мембранах и цитозоле. Однако из-за выраженной вязкости цитоплазмы и компартментализа­ ции клеток, амплитуда таких перемещений не может быть значительной.

Ведущим действующим фактором переменного магнитного поля является вихревое электрическое поле, возникающее вследствие электромагнитной ин­ дукции. Вектора напряженности электрических полей, индуцируемых в биоло­ гических тканях переменными магнитными полями, всегда направлены пер­ пендикулярно векторам магнитной индукции, а их силовые линии имеют фор­ му замкнутых витков вихрей. Напряженность вихревых электрических полей, индуцированных магнитными полями, используемыми в физиотерапии, дости­ гают 50 В·м-1. Электрические поля такой напряженности способны вызвать пе­ ремещение заряженных частиц через мембрану, изменять жидкокристалличе­ ское состояние фосфолипидных компонентов биологических мембран, снижать электрокинетический (ζ, дзета-) потенциал и индуцировать фазовые гель-золь переходы в цитоплазме. С повышением частоты магнитного ноля возникающие

вихревые токи эффективно поглощаются проводящими тканями, что может вы­ звать их значительный нагрев.

2.1.2. Фотолечебные факторы

Взаимодействие электромагнитных волн оптического диапазона с биологиче­ скими объектами проявляется как в волновых, так и квантовых эффектах, веро­ ятность формирования которых изменяется в зависимости от длины волны. В механизме фотобиологического действия оптического излучения определяющим является поглощение энергии световых квантов атомами и молекулами биологи­ ческих тканей (закон Гротгуса-Дрейпера). Характер первичных фотобиологиче­ ских реакций определяется энергией квантов оптического излучения. В инфра­ красной области энергии фотонов ((1,6-2,4)·10-19 Дж) достаточно только для уве­ личения энергии колебательных процессов биологических молекул. Видимое излучение, энергия фотонов которого составляет (3,2-6,4)·10-19 Дж, способно вы­ звать их электронное возбуждение и фотолитическую диссоциацию. Наконец, кванты ультрафиолетового излучения с энергией (6,4-9,6)·10-19 Дж вызывают ио­ низацию молекул и разрушение ковалентных связей. На следующем этапе энер­ гия оптического излучения трансформируется в тепло (инфракрасное излучение) или образуются первичные фотопродукты, выступающие пусковым механизмом фотобиологических процессов (ультрафиолетовое излучение). Так как степень проявления фотобиологических эффектов в организме зависит от интенсивности оптического излучения, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до облучаемой поверхности, определяют не интенсивность, а дозу облучения на определенном расстоянии от источника путем измерения времени облучения.

Энергия оптического излучения при взаимодействии с биологическими тканя­ ми трансформируется в другие виды (механическую, химическую, тепловую и др.). Вызванные возбуждением или нагреванием тканей организма процессы служат пусковым звеном физико-химических и биологических реакций, формирующих конечный лечебный эффект. При этом каждый из типов рассмотренных электро­ магнитных полей и излучений вызывает присущие только ему физико-химические процессы, которые определяют специфичность их лечебных эффектов.

Эта закономерность особенно проявляется у лазерного излучения (LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света с помо­ щью вынужденного излучения), которое имеет фиксированную длину волны

(монохроматичность), одинаковую фазу излучения фотонов (когерентность),

малую расходимость пучка (высокую направленность) и фиксированную ориен­ тацию векторов электромагнитного поля в пространстве (поляризацию).

При поглощении тканями организма лазерного излучения уже на глубине 250300 мкм его когерентность и поляризация исчезают и в глубь тканей распростра­ няется поток монохроматического излучения, который вызывает избирательную активацию молекулярных комплексов биологических тканей (фотобиоактива­ ция). При уменьшении длительности импульсов лазерного излучения менее 10 с (сверхнизкоинтенсивная лазеротерапия), электроны нижних орбиталей могут пе­ реходить на более высокие энергетические уровни, в результате чего наступает электронное возбуждение биомолекул. Совпадение длительности импульсов с временами активного (переходного) состояния биомолекулярных комплексов и

протекания химических реакций в клетке позволяет нм активно участвовать в разнообразных процессах клеточного метаболизма. Реакции организма проявля­ ются в этом случае при интенсивности лазерного излучения, не превышающей спектральной плотности оптического излучения (10 мВт), а зачастую и сущест­ венно меньшей, что обусловлено высокой направленностью излучения, обуслов­ ливающей его локальное воздействие, а также низкочастотной модуляцией им­ пульсов лазерного излучения.

При увеличении интенсивности лазерного излучения происходит значитель­ ное выделение тепла и повышение температуры тканей (до 800° С). В результате выделяется значительное количество тепловой энергии, что приводит к вскипа­ нию воды и ее быстрому испарению. В замкнутом пространстве клеток возникает пробой плазмолеммы («взрыв») и испарение облученных тканей (абляция). Глу­ бина тепловой диффузии и площадь зоны теплового некроза существенно зави­ сят от выбранных параметров лазерного излучения. Они тем меньше, чем короче время тепловой диффузии и минимальны при использовании импульсного излу­ чения (табл. 2.1).

Повышение мощности лазерного излучения и концентрация энергии излуче­ ния в короткие импульсы позволяет снизить тепловое воздействие на ткани и по­ лучить нетермические эффекты быстрого удаления облучаемых тканей (фотоаб­ ляция) или активации биологических молекул (ионизация, фотоактивация). Для усиления фототермического воздействия на ткани необходимо наращивать плот­ ность потока энергии на малой площади.

2.1.3. Механолечебные факторы

Создаваемые в тканях постоянные напряжения способны в течение продол­ жительного времени восстанавливать нарушенное соотношение элементов опор­ но-двигательного аппарата и дренаж межклеточных пространств. Апериодиче­ ские напряжения используют в виде массажа и мануальной терапии.

Локальное изменение атмосферного давления изменяет градиенты гидростати­ ческого и осмотического давлений, и связанное с ними направление фильтрации жидкости через стенку кровеносного капилляра. Гидростатическое или артериаль­ ное давление крови в капилляре на артериальном конце начинает превышать 30 мм.рт.ст. (4 кПа) и на протяжение и капилляра падает примерно вдвое с 30 до 15 мм.рт.ст.. Эндотелий сосудов представляет собой полупроницаемую мембрану, которая пропускает воду и низкомолекулярные вещества, по не пропускает белки и макромолекулы, исходя из чего онкотическое давление на всем протяжении капил­ ляра поддерживается на одном уровне и равно 25-28 мм.рт.ст. (3,3-3,7 кПа). Следо­ вательно, сила, заставляющая выйти воду из крови в межклеточную среду, убывает быстрее от артериального конца капилляра к венозному. Этой силе противостоит осмотическое давление, которое обусловлено стремлением молекул воды перейти из межклеточной жидкости в кровь, содержащую молекулы белка.

Локальная баротерапия изменяет направление фильтрации жидкости из кро­ ви в интерстиций, увеличивает его в артериальной части капилляра и еще более увеличивает его в венозной части из интерстиция в кровь. В результате увеличи­ вается скорость фильтрации жидкости интерстиция в кровеносное русло и лим­ фатические сосуды. То есть, локальная баротерапия смещает точку равновесия (место расположения капилляра, где нет обмена между кровью и межклеточной жидкостью) с 19 мм. рт. ст. на более низкий уровень и жидкость входит в крове­ носный сосуд в более ранних структурах микроциркуляторного русла. Из-за это­ го увеличивается дренирование межклеточных пространств, что составляет одну из главных функций кровеносных капилляров. Ее нарушение может привести либо к обезвоживанию ткани, либо к накоплению в них избытка воды и образо­ ванию отеков. Следовательно, локальная баротерапия приводит к резкому увели­ чению всасывания воды из интерстиция в кровь и уменьшению отека ткани. Не­ обходимо также помнить, что дренирование интерстиция является не только функцией кровеносных сосудов, но и расположенных в зоне микроциркуляции лимфатических капилляров, всасывающих в свой просвет избыток воды.

Практически все существующие классификации механических колебаний свя­ заны со слуховым восприятием человека. К слышимым звукам традиционно отно­ сят акустические колебания, распространяющиеся в атмосфере с частотой 1620000 Гц. Механические колебания частотой ниже 16 Гц принято называть инфра­ звуками, выше 20000 Гц - ультразвуками. В косметологии используют преимуще­ ственно механические колебания низкой частоты и акустические колебания ульт­ развукового диапазона (ультразвук).

Периодические колебания низкой частоты при непосредственном контакте с их источником (вибрации) воспринимаются их соматосенсорными афферентами - ме­ ханорецепторами мышц и кожи. Выделяют низкочастотную вибрацию в диапазоне 0-40 Гц и высокочастотную, частотный диапазон которой составляет 40-250 Гц.

Распространение вызванных механическими факторами волн в тканях орга­ низма вызывает упругие (обратимые) и диссипативные (необратимые) внутрен­ ние напряжения. Последние возникают в случае, когда продолжительность вос­ становления первичной структуры ткани существенно меньше периода механи­ ческих колебаний. Диссипативные напряжения обусловливают необратимое пре­ вращение механической энергии в теплоту - поглощение звука. Оно вызывает уменьшение интенсивности механических волн по мере их распространения. Расстояние, на котором интенсивность волны уменьшается в с2 (приблизительно